DE112022002372T5

DE112022002372T5 - Bipolare elektrode für metallhydrid-batterie, metallhydrid-batterie, ausgestattet mit bipolarer elektrode, verfahren zum herstellen einer bipolaren elektrode für metallhydrid-batterie und verfahren zum herstellen einer metallhydrid-batterie

Info

Publication number: DE112022002372T5
Application number: DE112022002372.4T
Authority: DE
Inventors: Yuki CHUJO; Tomohiro Nakamura; Kyohei Matsuura; Yutaro Kawabata; Takayuki Hirose; Motoaki Okuda; Takeo OKANISHI; Motoyoshi Okumura; Hiroyuki Kaiya; Masashi Kodama; Daiki TERASHIMA; Masanobu Ouchi; Koh Yoshioka; Shinichirou Horie; Toshifumi Koyanagi
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2024-02-15
Also published as: CN117203788A; JP2022170619A; WO2022230931A1

Abstract

Eine bipolare Elektrode (100) für eine Metallhydrid-Batterie beinhaltet einen Stromabnehmer (10), eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht (20), die auf einer ersten Oberfläche (10A) des Stromabnehmers (10) bereitgestellt ist, und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht (30), die auf einer zweiten Oberfläche (10B) des Stromabnehmers (10) bereitgestellt ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht (20) enthält ein Metallhydrid. Der Stromabnehmer (10) beinhaltet ein Stahlsheet (13) und eine Ni-Fe-Legierungsschicht (15), die auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets (13) gebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie, eine Metallhydrid-Batterie, die eine bipolare Elektrode beinhaltet, ein Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer Metallhydrid-Batterie.
STAND DER TECHNIK
Eine Metallhydrid-Batterie ist typischerweise eine wiederaufladbare Batterie, die beispielsweise eine positive Elektrode, die ein Nickelhydroxid, wie etwa Nickelhydroxid, als ein Positivelektrodenaktivmaterial enthält, eine negative Elektrode, die eine Wasserstoffspeicherlegierung als ein Negativelektrodenaktivmaterial enthält, und eine Elektrolytlösung, die aus einer wässrigen Alkalimetalllösung zusammengesetzt ist, beinhaltet.
Als herkömmliches Energiespeichermodul ist eine bipolare Batterie bekannt, die eine bipolare Elektrode beinhaltet, bei der eine positive Elektrode auf einer Oberfläche einer Elektrodenplatte und eine negative Elektrode auf der anderen Oberfläche gebildet ist (siehe z. B. die folgende Patentschrift 1). Die bipolare Batterie beinhaltet einen Stapel, in dem die bipolare Elektrode und ein Separator alternierend in einer Stapelrichtung gestapelt sind. An jedem der in Stapelrichtung gegenüberliegenden Enden des Stapels ist eine Anschlusselektrode angeordnet, die entweder die positive oder die negative Elektrode enthält. In einem zwischen den Elektroden gebildeten Innenraum befindet sich eine Elektrolytlösung.
ZITATLISTE
Patentliteratur (Nicht-Patentliteratur)
Patentliteratur 1: offengelegtes japanisches Patent-Veröffentlichung-Nr. 2005-135764
KURZ DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Für einen Stromabnehmer, der eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie bildet, wird ein plattiertes Stahlsheet verwendet, um die Kosten zu senken und die Reaktivität mit einer Elektrolytlösung zu verringern. Beim Herstellen einer bipolaren Elektrode unter Verwendung eines Stromabnehmers, der aus einem plattierten Stahlsheet, einer negativen Elektrode, die eine Wasserstoffspeicherlegierung enthält, und einer positiven Elektrode zusammengesetzt ist, und beim Zusammenbau einer Hydridbatterie unter Verwendung dieser bipolaren Elektrode zur Durchführung eines Speichertests wurde ein Spannungsabfall (Selbstentladung) unbekannter Ursache beobachtet.
Lösung des Problems
Die vorliegenden Erfinder führten intensive Untersuchungen durch und kamen zu dem Schluss, dass ein Phänomen, dass sich Wasserstoff durch den Stromabnehmer der bipolaren Elektrode zur einer Gegenelektrode bewegt, mit der Selbstentladung zusammenhängt, und kamen auf die Idee, die Wasserstoffpermeation durch eine Schicht zu verringern, die ein bestimmtes Material enthält. Dementsprechend stellten die Erfinder fest, dass die Selbstentladung durch die Verwendung eines Stromabnehmers, der eine Schicht mit einem bestimmten Material beinhaltet, reduziert werden kann.
Eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet einen Stromabnehmer, der eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweite Oberfläche, eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die auf der ersten Oberfläche bereitgestellt ist, und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht, die auf der zweiten Oberfläche bereitgestellt ist, beinhaltet. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthält ein Metallhydrid. Der Stromabnehmer beinhaltet ein Stahlsheet und eine Ni-Fe-Legierungsschicht, die auf mindestens einer Oberfläche der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets gebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1A ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie in der vorliegenden Ausführungsform.
1B ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie in der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die durch SEM-EDX (energiedispersive Röntgenspektrometrie) erhaltenen Ergebnisse einer Ni-Fe-Legierungsschicht zeigt.
3 ist ein erläuterndes Diagramm eines elektrochemischen Wasserstoffpermeationsverfahrens.
4 ist ein Diagramm, das die Bewertungsergebnisse eines Effekts der Hemmung der Wasserstoffpermeation zeigt.
5A ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie einer anderen Ausführungsform.
5B ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie einer anderen Ausführungsform.
5C ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie einer anderen Ausführungsform.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung zeigt, für die eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die innere Konfiguration des Energiespeichermoduls in 6 zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung einer zu bewertenden Batterie, bei der eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden eine bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und eine Metallhydrid-Batterie der Reihe nach beschrieben. Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Herstellen dieser bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie und ein Verfahren zum Herstellen einer Metallhydrid-Batterie unter Verwendung dieser bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie im Detail beschrieben.
Im Folgenden kann das Verfahren zum Herstellen der bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung bei Bedarf als „das Elektrodenherstellungsverfahren der vorliegenden Offenbarung“ bezeichnet werden. Das Verfahren zum Herstellen der Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung kann als „das Batterieherstellungsverfahren der vorliegenden Offenbarung“ bezeichnet werden. Die bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung kann als „die Elektrode der vorliegenden Offenbarung“ oder „die bipolare Elektrode der vorliegenden Offenbarung“ bezeichnet werden. Sofern nicht anders angegeben, beinhaltet ein hierin beschriebener Zahlenbereich von x bis y den unteren Grenzwert x und den oberen Grenzwert y innerhalb des Bereichs. Jede Kombination dieser oberen und unteren Grenzwerte sowie die in den Beispielen aufgeführten Werte können verwendet werden, um einen numerischen Bereich zu definieren. Darüber hinaus kann jeder beliebige Wert aus einem numerischen Bereich als oberer oder unterer Grenzwert festgelegt werden.
<Bipolare Elektrode für Metallhydrid-Batterie: Erste Ausführungsform>
Zunächst wird die bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung anhand der folgenden Ausführungsformen und Zeichnungen im Detail beschrieben. Wie in 1A dargestellt, beinhaltet eine bipolare Elektrode 100 für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Ausführungsform einen Stromabnehmer 10, eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20, die auf einer ersten Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 bereitgestellt ist, und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30, die auf einer zweiten Oberfläche 10B bereitgestellt ist, die sich von der ersten Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 unterscheidet. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 enthält ein Metallhydrid. Der Stromabnehmer 10 beinhaltet ein Stahlsheet 13 und eine Ni-Fe-Legierungsschicht 15, die auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets 13 bereitgestellt ist.
Die bipolare Elektrode 100 beinhaltet im Wesentlichen ein Negativelektrodenaktivmaterial (ein Metallhydrid) auf der ersten Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 und ein Positivelektrodenaktivmaterial auf der zweiten Oberfläche 10B, die der ersten Oberfläche 10A gegenüberliegt, aber die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, bei der Elektrode der vorliegenden Offenbarung können ein erster Stromabnehmer, der ein Metallhydrid beinhaltet, und ein zweiter Stromabnehmer, der ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet, miteinander verbunden werden, um eine bipolare Elektrode zu bilden.
Der Stromabnehmer 10 beinhaltet die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 auf der Oberfläche des Stahlsheets 13. Beispiele für das Stahlsheet 13 beinhalten Kohlenstoffstahl, wie etwa kohlenstoffarmer Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25 Gew.-%, ultrakohlenstoffarmer Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 Gew.-% und alterungsbeständiger ultrakohlenstoffarmer Stahl, bei dem Ti, Nb und dergleichen zu einem ultrakohlenstoffarmen Stahl hinzugefügt werden. Beispiele für kohlenstoffarmen Stahl beinhalten kohlenstoffarmen aluminiumberuhigten Stahl (Kohlenstoffgehalt: 0,01 bis 0,15 Gew.-%) und ein kaltgewalztes Stahlsheet (wie etwa SPCC), das in JIS G 3141:2005 beschrieben ist. Der kohlenstoffarme aluminiumberuhigte Stahl (Kohlenstoffgehalt: 0,01 bis 0,15 Gew.-%) wird bevorzugt im Hinblick auf Walzbarkeit und Wirtschaftlichkeit eingesetzt. Ein Hauptmaterial des Stahlsheet 13 ist Fe, und andere Metallelemente als Fe können enthalten sein. Der Anteil der anderen Metallelemente als Fe in dem Stahlsheet 13 beträgt bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 2 Gew.-% oder weniger und besonders bevorzugt 1 Gew.-% oder weniger. Die Dicke des Stromabnehmers 10 kann in einem Bereich von 5 µm bis 1000 µm liegen.
Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 wird auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets 13 gebildet. Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 ist eine Legierungsschicht, die eine Legierung enthält, die im Wesentlichen aus Nickel (Ni) und Eisen (Fe) besteht.
Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 in der vorliegenden Ausführungsform ist nicht beschränkt, solange sie Nickel (Ni) und Eisen (Fe) enthält, und die Art und Weise, wie jede Komponente enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt.
Die Definition der Ni-Fe-Legierungsschicht lautet wie folgt. Wenn ein Abschnitt von einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 10 µm einer Elementaranalyse von Ni und Fe unterzogen wird, wird die Ni-Fe-Legierungsschicht als in einem Abschnitt vorhanden definiert, in dem Ni und Fe mit einem Gehalt von nicht weniger als 1/10 des Maximalwertes des jeweiligen Gehalts an Ni und Fe enthalten sind.
Das heißt, dass für die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 in der vorliegenden Ausführungsform ein Abstand zwischen einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Ni und einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Fe in einem Abschnitt in der Nähe eines Kreuzungspunkts einer Ni-Kurve und einer Fe-Kurve in den Ergebnissen, die durch SEM-EDX (energiedispersive Röntgenspektrometrie) erhalten wurden, wie in 2 gezeigt, als Ni-Fe-Legierungsschicht lesbar ist. 2 ist ein Beispiel für die oben genannten Analyseergebnisse und zeigt den Abstand (µm) in der Tiefenrichtung von der Oberflächenschicht als die horizontale Achse und die Röntgenintensitäten von Ni und Fe als die vertikale Achse.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die in der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 enthaltenen Metallelemente nicht auf Ni und Fe beschränkt. Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 kann andere Metallelemente enthalten, solange das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 kann zum Beispiel Metallelemente wie etwa Co und Mo oder unvermeidliche Verunreinigungen enthalten. Der Anteil der anderen Metallelemente als Ni und Fe in der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 beträgt bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 1 Gew.-% oder weniger, und besonders bevorzugt 0,5 Gew.-% oder weniger.
Ein Effekt zur Verringerung der Wasserstoffpermeation mit der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 in der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Insbesondere hat die bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Ausführungsform den Effekt, die Wasserstoffpermeation mit der im Stromabnehmer enthaltenen Ni-Fe-Legierungsschicht 15 zu reduzieren.
Eine Entladungsreaktion einer Nickel-Metallhydrid-Batterie ist wie folgt dargestellt. NiOOH + H₂O + e^- → Ni(OH)₂ + OH^- Positive Elektrode: MH + OH^- → M + H₂O + e^- Negative Elektrode:
Außerdem beinhaltet die Reaktion in der negativen Elektrode die beiden folgenden Reaktionen.
MH = M + H⁺ + e^- H⁺ + OH^- = H₂O
Während der Reaktion bewegen sich die Elektronen e^- von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode durch den Stromabnehmer in der bipolaren Elektrode. Die Hydroxid-Ionen OH- bewegen sich von der positiven Elektrode durch die Elektrolytlösung zur benachbarten negativen Elektrode der bipolaren Elektrode. Außerhalb der Batterie bewegen sich die Elektronen von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode durch einen externen Stromkreis (Last).
Wenn der Stromabnehmer der bipolaren Elektrode die Wasserstoffpermeation zulässt, laufen in der positiven und der negativen Elektrode auch ohne Anschluss an den äußeren Stromkreis die folgenden Reaktionen ab. NiOOH + H⁺ + e^- → Ni(OH)₂ Positive Elektrode: H → H⁺ + e^- H⁺ + e^- → H Negative Elektrode: MH → M + H⁺+e^-
Ein zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht (Metallhydrid MH) und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erzeugter Wasserstoffkonzentrationsgradient erzeugt bei der oben beschriebenen Reaktion Wasserstoffatome [H] in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Die Wasserstoffatome [H] bewegen sich von der Negativelektrodenaktivmaterialschicht über den Stromabnehmer zur Positivelektrodenaktivmaterialschicht, die die Gegenelektrode darstellt. Da die zur positiven Elektrode bewegten Wasserstoffatome [H] in der positiven Elektrode gemäß der obigen Reaktionsformel verbraucht werden, entsteht zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht kontinuierlich der Wasserstoffkonzentrationsgradient. Infolgedessen tritt dieser Reaktionszyklus wiederholt auf, so dass das Potenzial der positiven Elektrode kontinuierlich sinkt und das Potenzial der negativen Elektrode kontinuierlich steigt, wodurch die Batteriespannung sinkt. Die oben beschriebene Reaktion, die sich von einer Reaktion in der positiven und negativen Elektrode bei normaler Entladung unterscheidet, führt zu derselben Reaktion des Aktivmaterials, und die Reaktion lässt das Potenzial der positiven und negativen Elektrode jeweils sinken. Da die Wasserstofffreisetzung mit dem Metallhydrid eine endotherme Reaktion ist und ein höheres Potenzial eine höhere Reaktivität des Aktivmaterials zur Folge hat, tritt die oben beschriebene Reaktion bei einem hohen Potenzial und einer hohen Temperatur in den Vordergrund. Bei der bipolaren Elektrode bewegt sich während der Reaktion kein Elektron e^- durch den Stromabnehmer.
Dementsprechend haben die vorliegenden Erfinder die Idee entwickelt, eine Beschichtung zu bilden, die die Wasserstoffpermeation in Richtung der Gegenelektrode auf dem Stahlsheet, das den Stromabnehmer bildet, reduziert. Insbesondere haben die vorliegenden Erfinder die Idee entwickelt, die Ni-Fe-Legierungsschicht auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets zu bilden.
Eine Technik zum Nachweis der Wasserstoffsprödigkeit von Stahl ist herkömmlich bekannt. Bei der Wasserstoffsprödigkeit von Stahl handelt es sich um ein verzögertes Bruchphänomen von Stahl, das durch Wasserstoffdiffusion dominiert ist. Die herkömmliche Technik besteht darin, einen Effekt auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls selbst zu überprüfen, der auf den im Stahl verbleibenden Wasserstoff zurückzuführen ist.
In der Zwischenzeit war die Technik zur Verringerung der Wasserstoffpermeation im Stahlsheet auf der Basis des Wasserstoffkonzentrationsgradienten, der zwischen gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets erzeugt wird, wie bei der bipolaren Elektrode der vorliegenden Offenbarung, nicht bekannt. Die vorliegenden Erfinder haben intensive Untersuchungen durchgeführt und in der Folge festgestellt, dass die Wasserstoffpermeation in dem Stahlsheet, das das Stromabnehmermaterial der bipolaren Elektrode ist, durch die Bildung der Ni-Fe-Legierungsschicht auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets reduziert werden würde.
Der Effekt der Verringerung der Wasserstoffpermeation im Stahlsheet mit der Ni-Fe-Legierungsschicht wird mit Hilfe eines elektrochemischen Wasserstoffpermeationsverfahrens wie folgt bewertet. 3 zeigt schematisch einen Wasserstoffpermeationstester, der für die Bewertung verwendet wird.
Im Wasserstoffpermeationstester sind zwei Elektrolysebäder EC₁ und EC₂ über ein Teststück W einander gegenüberliegend angeordnet. Das Elektrolysebad EC₁ auf der linken Seite in 3 ist auf einer Kathodenseite (Wasserstoffpenetrationsseite) und das Elektrolysebad EC₂ ist auf der rechten Seite auf einer Anodenseite (Wasserstoffnachweisseite). Der Wasserstoffpermeationstester erzeugt Wasserstoff im Elektrolysebad EC₁ und detektiert einen Anodenstrom, wenn Wasserstoff, der in das Teststück W eindringt und das elektrolytische Bad EC₂ erreicht, oxidiert wird. In 3 stellen RE1 und RE2 Referenzelektroden dar, CE1 und CE2 stellen Gegenelektroden dar und WE stellt das Teststück W als eine Arbeitselektrode dar. Jede von ihnen ist an einen Potentiostaten PS und einen Potentio-/Galvanostaten PS/GS angeschlossen. Als die Referenzelektroden RE1 und RE2 können Hg/HgO oder eine Kalomelelektrode verwendet werden. Für die Gegenelektroden CE1 und CE2 kann Platin verwendet werden. Für die Elektrolytlösung Ea kann eine alkalische Elektrolytlösung, die KOH, NaOH oder LiOH enthält, verwendet werden.
An die Gegenelektrode CE1 wird mit dem Potentio-/Galvanostaten PS/GS eine Spannung angelegt, so dass das Potenzial auf der Wasserstoffpenetrationsseite -0,6 V, -0,45 V oder -0,3 V (vs RHE (reversible Wasserstoffelektrode)) beträgt, um eine Veränderung des Stroms auf der Wasserstoffnachweisseite zu messen. Ein Potenzial auf der Wasserstoffdetektionseite wird auf +1,45 V (vs RHE) gehalten. Die Flüssigkeitstemperatur wird auf 65°C gehalten und während des Tests mit N₂ entgast. Der Effekt der Reduzierung der Wasserstoffpermeation durch das den Stromabnehmer imitierenden Teststück kann durch Messung und Vergleich der Wasserstoffpermeationsströme verschiedener Teststücke W betrachtet werden.
4 zeigt die Ergebnisse des Wasserstoffpermeationsstroms, gemessen mit dem oben genannten Wasserstoffpermeationstester und den folgenden zwei Arten von Teststücken.
Teststück W1: Ein oberflächenbehandeltes Stahlsheet mit einer Ni-Plattierung mit einer Dicke von 5 µm, die auf gegenüberliegenden Oberflächen gebildet ist.
Teststück W2: Ein oberflächenbehandeltes Stahlsheet mit Ni-Fe-Legierungsschichten mit einer Dicke von 3,5 µm, die auf gegenüberliegenden Oberflächen gebildet sind, und ferner mit einer Ni-Plattierung mit einer Dicke von 1 µm, die auf der Ni-Fe-Legierungsschicht gebildet ist.
Für das Stahlsheet wird eine kaltgewalzte Folie aus kohlenstoffarmem aluminiumberuhigtem Stahl (Dicke: 50 µm) verwendet. Die Verfahren zur Herstellung der Ni-Plattierungsschicht und der Ni-Fe-Legierungsschicht sind die später beschriebenen Verfahren im Beispiel.
Aufgrund des vorgenannten Phänomens ist die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 besonders bevorzugt auf einer Oberfläche auf einer Seite bereitgestellt, auf der die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets 13 angeordnet ist.
Aufgrund des vorgenannten Mechanismus zur Abschätzung des Phänomens der Wasserstoffpermeation ist die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 bevorzugt auf mindestens einer Oberfläche auf einer Seite der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheet 13 bereitgestellt, auf der sich die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 befindet, wie in 1A dargestellt. Das heißt, die Ni-Fe-Legierungsschicht 15, die zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 und dem Stahlsheet 13 gebildet ist, verhindert die Permeation von Wasserstoff, der von der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 (nämlich der Wasserstoffspeicherlegierung: Metallhydrid) freigesetzt wird, durch das Stahlsheet 13, was die Wasserstoffpermeation weiter reduziert.
Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 ist ferner bevorzugt auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets 13 bereitgestellt, wie in 1B dargestellt. Das heißt, in 1B ist eine Ni-Fe-Legierungsschicht 15a auf einer ersten Oberfläche des Stahlsheets 13 bereitgestellt und eine Ni-Fe-Legierungsschicht 15b ist auf einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche bereitgestellt. Bei einer solchen Konfiguration wird Wasserstoff, der aus der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 (nämlich der Wasserstoffspeicherlegierung: Metallhydrid) freigesetzt wird, voraussichtlich von der Ni-Fe-Legierungsschicht 15b eingefangen, bevor er die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 erreicht, wenn der Wasserstoff die Ni-Fe-Legierungsschicht 15a und das Stahlsheet 13 durchdringt, und dadurch wird das oben erwähnte Problem des Spannungsabfalls vermieden. Die erste Oberfläche des Stahlsheet 13 ist eine Oberfläche auf derselben Seite wie die erste Oberfläche 10A des Stromabnehmers. Die gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheet 13 beziehen sich auf die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt.
Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 beträgt bevorzugt 1,0 µm oder mehr. Es wird vorhergesagt, dass die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 mit einer Dicke von 1,0 µm oder mehr einen ausreichenden Effekt zur Verringerung der Wasserstoffpermeation mit der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 hat. Das heißt, wenn die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 im Stromabnehmer 1,0 µm oder mehr beträgt, wird der Spannungsabfall in der Batterie voraussichtlich effektiver reduziert.
Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 beträgt ferner bevorzugt 1,2 µm oder mehr und stärker bevorzugt 1,5 µm oder mehr. Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 ist bevorzugt auf der ersten und der zweiten Oberfläche des Stahlsheet 13 bereitgestellt.
Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 kann z. B. durch SEM-EDX (energiedispersive Röntgenspektrometrie) berechnet werden. Insbesondere wird, wie oben erwähnt, ein Abschnitt von einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 10 µm in Dickenrichtung einer Elementaranalyse von Ni und Fe mit linearer Analyse mit der SEM-EDX-Analyse (energiedispersive Röntgenspektrometrie) unterzogen. Die Messbedingungen können wie folgt eingestellt werden: Beschleunigungsspannung: 10 kV, Beobachtungsvergrößerung: 5000, Messschritt: 0,01 µm und dergleichen. Wie in 2 gezeigt, kann die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht aus einem Diagramm als Abstand zwischen einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Ni und einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Fe in einem Abschnitt in der Nähe eines Kreuzungspunkts einer Ni-Kurve und einer Fe-Kurve abgelesen werden, wobei der Abstand (µm) in Tiefenrichtung von der Oberflächenschicht als die horizontale Achse und die Röntgenintensitäten von Ni und Fe als die vertikale Achse festgelegt werden.
Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 ist bevorzugt auch auf einer Negativelektrodenanschlusselektrode bereitgestellt, die später beschrieben wird. In einer Zelle (Einheitsbatterie) mit der Negativelektrodenanschlusselektrode reduziert die Bildung der Ni-Fe-Legierungsschicht auf der Negativelektrodenanschlusselektrode eine Abnahme der Entladereserve, die durch die Leckage von Wasserstoff nach außerhalb der Batterie durch Permeation der Negativelektrodenanschlusselektrode entsteht.
Als nächstes werden die Aktivmaterialschichten (die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30) der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 ein Negativelektrodenaktivmaterial und, falls erforderlich, ein Additiv für die negative Elektrode, ein Bindemittel und ein Leitfähigkeitshilfsmittel. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 enthält ein Positivelektrodenaktivmaterial und, falls erforderlich, ein Additiv für die positive Elektrode, ein Bindemittel und ein Leitfähigkeitshilfsmittel. Im Folgenden werden die Elemente, die sich sowohl auf die Positivelektrodenaktivmaterialschicht als auch auf die Negativelektrodenaktivmaterialschicht beziehen, gemeinsam als Aktivmaterialschichten bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 enthaltene Negativelektrodenaktivmaterial nicht beschränkt, solange es als Negativelektrodenaktivmaterial einer Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird, nämlich eine Wasserstoffspeicherlegierung (Metallhydrid). Bei der Wasserstoffspeicherlegierung handelt es sich im Wesentlichen um eine Legierung zwischen einem Metall A, das leicht mit Wasserstoff reagiert, aber eine geringe Fähigkeit zur Freisetzung von Wasserstoff aufweist, und einem Metall B, das kaum mit Wasserstoff reagiert, aber eine hervorragende Fähigkeit zur Freisetzung von Wasserstoff aufweist. Beispiele für A beinhalten die Elemente der Gruppe 2, wie etwa Mg, die Elemente der Gruppe 3, wie etwa Sc und Lanthanoide, die Elemente der Gruppe 4, wie etwa Ti und Zr, die Elemente der Gruppe 5, wie etwa V und Ta, ein Mischmetall, das eine Vielzahl von Seltenerdelementen enthält (im Folgenden mit Mm abgekürzt), und Pd. Beispiele für B beinhalten Fe, Co, Ni, Cr, Pt, Cu, Ag, Mn, Zn und Al.
Spezifische Beispiele für die Wasserstoffspeicherlegierung beinhalten: einen AB₅-Typ, der eine hexagonale Kristallstruktur vom CaCu₅-Typ aufweist; einen AB₂-Typ, der eine hexagonale Kristallstruktur vom MgZn₂-Typ oder eine kubische Kristallstruktur vom MgCu₂-Typ aufweist; einen AB-Typ, der eine kubische Kristallstruktur vom CsCI-Typ aufweist; einen A₂B-Typ, der eine hexagonale Kristallstruktur vom Mg₂Ni-Typ aufweist, einen feste Lösungs-Typ, der eine körperzentrierte Kristallstruktur aufweist; und einen AB₃-Typ, einen A₂B₇-Typ und einen A₅B₁₉-Typ, in denen die Kristallstrukturen vom AB₅-Typ und AB₂-Typ kombiniert sind. Die Wasserstoffspeicherlegierung kann eine der oben genannten Kristallstrukturen oder zwei oder mehr der oben genannten Kristallstrukturen aufweisen.
Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom AB₅-Typ beinhalten LaNi₅, CaCu₅ und MmNi₅. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom AB₂-Typ beinhalten MgZn₂, ZrNi₂ und ZrCr₂. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom AB-Typ beinhalten TiFe und TiCo. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom A₂B-Typ beinhalten Mg₂Ni und Mg₂Cu. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom feste Lösungs-Typ beinhalten Ti-V, V-Nb und Ti-Cr. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom AB₃-Typ beinhalten CeNi₃. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom A₂B₇-Typ beinhalten Ce₂Ni₇. Beispiele für Wasserstoffspeicherlegierungen vom A₅B₁₉-Typ beinhalten Ce₅Co₁₉ and Pr₅Co₁₉. In jeder der Kristallstrukturen kann ein Teil des Metalls durch eine oder mehrere andere Arten von Metallen oder Elementen ersetzt werden.
Die Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials kann nach einem bekannten Verfahren behandelt werden. Insbesondere wird für das Negativelektrodenaktivmaterial bevorzugt eine Wasserstoffspeicherlegierung verwendet, die einer Alkalibehandlung unterzogen wird. Die Alkalibehandlung bedeutet, dass die Wasserstoffspeicherlegierung mit einer alkalischen wässrigen Lösung behandelt wird, in der ein Alkalimetallhydroxid gelöst ist.
Wenn beispielsweise eine Wasserstoffspeicherlegierung, die ein Seltenerdelement und Ni enthält, mit der wässrigen Alkalilösung behandelt wird, in der das Alkalimetallhydroxid gelöst ist, löst sich das Seltenerdelement, das eine hohe Löslichkeit in der wässrigen Alkalilösung hat, aus der Oberfläche der Wasserstoffspeicherlegierung. Da Ni in der wässrigen Alkalilösung wenig löslich ist, wird die Ni-Konzentration an der Oberfläche der Wasserstoffspeicherlegierung folglich höher als im Inneren der Wasserstoffspeicherlegierung. Im Folgenden wird ein Abschnitt der Wasserstoffspeicherlegierung, der eine höhere Ni-Konzentration als das Innere aufweist, als Ni-Konzentrationsschicht bezeichnet. Die Leistung des Negativelektrodenaktivmaterials soll durch das Vorhandensein der Ni-Konzentrationsschicht verbessert werden.
Beispiele für das Alkalimetallhydroxid beinhalten Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, wobei Natriumhydroxid besonders bevorzugt ist. Die Verwendung einer wässrigen Natriumhydroxidlösung als wässrige Alkalilösung kann zu einer besseren Batterieleistung der Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung führen als die Verwendung von Lithiumhydroxid oder Kaliumhydroxid als wässrige Alkalilösung.
Die wässrige Alkalilösung ist bevorzugt stark basisch. Beispiele für die Konzentration des Alkalihydroxids in der wässrigen Alkalilösung beinhalten 10 bis 60 Massen-%, 20 bis 55 Massen-%, 30 bis 50 Massen-% und 40 bis 50 Massen-%.
Die Alkalibehandlung wird bevorzugt durch ein Verfahren durchgeführt, bei dem die Wasserstoffspeicherlegierung in die wässrige Alkalilösung getaucht wird. In diesem Fall wird die Alkalibehandlung bevorzugt unter Rühren und bevorzugt unter Erwärmen durchgeführt. Beispiele für einen Bereich der Erwärmungstemperatur beinhalten 50 bis 150°C, 70 bis 140°C und 90 bis 130°C. Die Erwärmungszeit kann in Abhängigkeit von der Konzentration der wässrigen Alkalilösung und der Erwärmungstemperatur festgelegt werden und beinhaltet beispielsweise 0,1 bis 10 Stunden, 0,2 bis 5 Stunden und 0,5 bis 3 Stunden.
Im Hinblick auf die oben beschriebene Alkalibehandlung enthält die Wasserstoffspeicherlegierung bevorzugt ein Seltenerdelement und Ni.
Das Negativelektrodenaktivmaterial liegt bevorzugt in Pulverform vor. Der durchschnittlicher Teilchendurchmesser davon liegt bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 100 µm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 50 µm und weiter bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 30 µm.
Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthält das Negativelektrodenaktivmaterial mit bevorzugt 85 bis 99 Massen-%, stärker bevorzugt 90 bis 98 Massen-%, bezogen auf eine Masse der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht.
Das Additiv für die negative Elektrode wird der negativen Elektrode zugegeben, um die Batterieleistung der Nickel-Metallhydrid-Batterie zu verbessern. Das Additiv für die negative Elektrode ist nicht beschränkt, solange es als Additiv für die negative Elektrode der Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird. Spezifische Beispiele für das Additiv für die negative Elektrode beinhalten: Fluoride eines Seltenerdmetalls wie etwa CeF₃ und YF₃; Bismutverbindungen wie etwa Bi₂O₃ und BiF₃; Indiumverbindungen wie etwa In₂O₃ und InF₃; und Verbindungen, die als Additiv für die positive Elektrode beispielhaft sind.
Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthält das Additiv für die negative Elektrode mit bevorzugt 0,1 bis 10 Massen-% und stärker bevorzugt 0,5 bis 5 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht.
Das Positivelektrodenaktivmaterial, das in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, ist ein Hydroxid von Nickel, das als ein Positivelektrodenaktivmaterial der Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird, und ein Teil davon kann mit einem anderen Metall dotiert sein. Spezifische Beispiele für das Positivelektrodenaktivmaterial beinhalten Nickelhydroxid und ein metalldotiertes Nickelhydroxid. Beispiele für Metalle zur Dotierung von Nickelhydroxid beinhalten: die Elemente der Gruppe 2 wie etwa Magnesium und Calcium; die Elemente der Gruppe 9 wie etwa Kobalt, Rhodium und Iridium; und die Elemente der Gruppe 12 wie etwa Zink und Cadmium.
Eine Oberfläche des Positivelektrodenaktivmaterials kann nach einem bekannten Verfahren behandelt werden. Das Positivelektrodenaktivmaterial liegt bevorzugt in einem Pulverzustand vor. Der durchschnittlicher Teilchendurchmesser davon liegt bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 100 µm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 50 µm und weiter bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 30 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser bedeutet hier einen Wert von D50, der unter Verwendung eines üblichen Laserbeugungs-Typs zur Messung der Teilchengrößenverteilung gemessen wird.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthält das Positivelektrodenaktivmaterial mit bevorzugt 75 bis 99 Massen-%, stärker bevorzugt 80 bis 97 Massen-%, weiter bevorzugt 85 bis 95 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht.
Das Additiv für die positive Elektrode wird der positiven Elektrode zugegeben, um die Batterieleistung der Nickel-Metallhydrid-Batterie zu verbessern. Das Additiv für die positive Elektrode ist nicht beschränkt, solange es als Additiv für die positive Elektrode der Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird. Spezifische Beispiele für das Additiv der positiven Elektrode beinhalten: Niobverbindungen wie etwa Nb₂O₅; Wolframverbindungen wie etwa WO₂, WO₃, Li₂WO₄, Na₂WO₄ und K₂WO₄; Ytterbiumverbindungen wie etwa Yb₂O₃; Titanverbindungen wie etwa TiO₂ ; Yttriumverbindungen wie etwa Y₂O₃, Zinkverbindungen wie etwa ZnO, Calciumverbindungen wie etwa CaO, Ca(OH)₂ und CaF₂; und andere Seltenerdoxide.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthält das Additiv für die positive Elektrode mit bevorzugt 0,1 bis 10 Massen-%, stärker bevorzugt 0,5 bis 5 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht.
Nachfolgend werden das Bindemittel und das Leitfähigkeitshilfsmittel, die in der vorliegenden Ausführungsform gegebenenfalls in den Aktivmaterialschichten enthalten sind, beschrieben.
Das Bindemittel hat die Aufgabe, das Aktivmaterial und dergleichen auf der Oberfläche des Stromabnehmers zu binden. Das Bindemittel ist nicht beschränkt, solange es als Bindemittel für eine Elektrode der Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird. Spezifische Beispiele für das Bindemittel beinhalten: fluorhaltige Harze wie etwa Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen und ein Fluorkautschuk; Polyolefinharze wie etwa Polypropylen und Polyethylen; Imidharze wie etwa ein Polyimid und ein Polyamidimid; Cellulosederivate wie etwa Carboxymethylcellulose, Methylcellulose und Hydroxypropylcellulose; Copolymere wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk; und (Meth)acrylharze, die ein (Meth)acrylsäurederivat als eine Monomereinheit enthalten, wie etwa Polyacrylsäure, ein Polyacrylatester, Polymethacrylsäure und ein Polymethacrylatester.
Die Aktivmaterialschicht enthält das Bindemittel mit bevorzugt 0,1 bis 15 Massen-%, stärker bevorzugt 1 bis 10 Massen-%, weiter bevorzugt 2 bis 7 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Aktivmaterialschicht. Denn ein zu geringer Anteil des Bindemittels verschlechtert die Formbarkeit der Elektrode und ein zu hoher Anteil des Bindemittels verringert die Energiedichte der Elektrode.
Das Leitfähigkeitshilfsmittel wird hinzugegeben, um die Leitfähigkeit der Elektrode zu verbessern. Das Leitfähigkeitshilfsmittel wird also optional zugegeben, wenn die Leitfähigkeit der Elektrode unzureichend ist, und muss nicht unbedingt zugegeben werden, wenn die Elektrode eine ausreichend gute Leitfähigkeit hat. Das Leitfähigkeitshilfsmittel kann der Aktivmaterialschicht in Pulverform zugegeben werden, oder es kann als Beschichtung der Oberflächen der Aktivmaterialteilchen verwendet werden. Jedes Leitfähigkeitshilfsmittel kann verwendet werden, solange es ein chemisch inerter Elektronenleiter ist. Spezifische Beispiele für Leitfähigkeitshilfsmittel beinhalten: Metalle wie etwa Kobalt, Nickel und Kupfer; Metalloxide wie etwa Kobaltoxid; Metallhydroxide wie etwa Kobalthydroxid; und Kohlenstoffmaterialien wie etwa Carbon Black, Graphit und Kohlenstofffasern.
Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 enthält das Leitfähigkeitshilfsmittel mit bevorzugt 0,1 bis 5 Massen-%, stärker bevorzugt 0,2 bis 3 Massen-%, weiter bevorzugt 0,3 bis 1 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 enthält das Leitfähigkeitshilfsmittel mit bevorzugt 0,1 bis 10 Massen-%, stärker bevorzugt zu 0,2 bis 7 Massen-%, weiter bevorzugt zu 0,3 bis 5 Massen-%, bezogen auf die Masse der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht.
<Bipolare Elektrode für Metallhydrid-Batterie: Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird die bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung anhand der folgenden zweiten Ausführungsform näher beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der vorgenannten ersten Ausführungsform in Bezug auf die Bildung einer Ni-Schicht 17 auf mindestens einer der äußersten Oberflächen des Stromabnehmers 10. Daher werden diese unterschiedlichen Punkte hauptsächlich beschrieben, und Elemente, die dieselben Funktionen wie die Konfiguration der vorgenannten ersten Ausführungsform haben, werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um die Beschreibung dafür entsprechend zu übergehen.
Wie in 5A dargestellt, ist bei einer bipolaren Elektrode 200 für eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Ausführungsform die Ni-Schicht 17 auf der äußersten Oberfläche auf derselben Seite wie eine Oberfläche (eine erste Oberfläche) 10A des Stromabnehmers 10 gebildet. Das heißt, die Ni-Schicht 17 ist ferner zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 gebildet. Wie in 5B dargestellt, kann die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration aufweisen, bei der eine Ni-Schicht 17a auf der äußersten Oberfläche auf der gleichen Seite wie die eine Oberfläche (die erste Oberfläche) 10A des Stromabnehmers 10 und eine Ni-Schicht 17b auf der äußersten Oberfläche auf der gleichen Seite wie die andere Oberfläche (eine zweite Oberfläche) 10B gebildet ist. In 5B ist die Ni-Schicht 17a zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht 15a und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 gebildet, und die Ni-Schicht 17b ist ferner zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht 15b und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 gebildet.
Die Dicke der Ni-Schicht 17 ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber bevorzugt z. B. 0,1 µm bis 10,0 µm.
Die in der Ni-Schicht 17 enthaltenen Metallelemente sind nicht auf Ni beschränkt, es können auch andere Metallelemente enthalten sein. Zum Beispiel kann die Ni-Schicht 17 Metallelemente wie etwa Co und Mo enthalten. Ein Anteil der anderen Metallelemente als Ni in der Ni-Schicht 17 beträgt bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 1 Gew.-% oder weniger, und besonders bevorzugt 0,5 Gew.-% oder weniger.
Beispiele für ein Verfahren zur Bildung der Ni-Schicht 17 beinhalten: ein Verfahren zum Belassen einer Ni-Schicht, in die Fe nicht eindiffundiert ist, bei einer Wärmebehandlung zur Bildung der Ni-Fe-Legierungsschicht 15, um die Ni-Schicht 17 zu bilden; und ein Verfahren zum erneuten Plattieren von Ni nach der Bildung der Ni-Fe-Legierungsschicht 15. Unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsbeständigkeit gegenüber der Elektrolytlösung wird die Ni-Schicht 17 bevorzugt durch das oben erwähnte Verfahren der erneuten Plattierung mit Ni hergestellt, und Beispiele für das Plattierungsverfahren beinhalten die elektrolytische Plattierung und die stromlose Plattierung. Unter diesen Verfahren ist das Verfahren mit elektrolytischer Plattierung unter den Gesichtspunkten der Kosten, der Dickenkontrolle und dergleichen besonders bevorzugt.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die vorgenannte Ni-Schicht 17 eine aufgeraute Ni-Schicht 17c sein. Die aufgeraute Ni-Schicht 17c ist eine Ni-Schicht mit einer größeren Oberflächenrauheit als die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 oder das Stahlsheet 13 auf der Oberfläche auf einer Seite, die in Kontakt mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 oder der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 steht. Der Wechsel von der Ni-Schicht 17 zur aufgerauten Ni-Schicht 17c verbessert die Haftfestigkeit zwischen dem Stromabnehmer 10 und dem Verbindungselement. Zum Beispiel werden an einer Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Stromabnehmer 10 und einem später beschriebenen Dichtungsabschnitt die Zwischenräume zwischen mehreren Vorsprüngen mit einem Harz im Schmelzzustand gefüllt, um einen Verankerungseffekt zu erzielen. Dieser Effekt verbessert die Haftfestigkeit zwischen der bipolaren Elektrode der vorliegenden Ausführungsform und dem Dichtungsabschnitt. Die Bereitstellung der aufgerauten Ni-Schicht 17c vergrößert die Oberfläche, wodurch die Wärmeableitung und dergleichen der Elektrode verbessert wird.
Ein Wert für die Oberflächenrauheit der aufgerauten Ni-Schicht 17c kann durch Verwendung eines bekannten Parameters und dergleichen dargestellt werden. Der Parameter kann beispielsweise mit einer Zehn-Punkte-Höhe der Unregelmäßigkeiten Rzjis angegeben werden, wobei Rzjis bevorzugt 2,0 µm bis 16,0 µm beträgt. Die Zehn-Punkt-Höhe der Unregelmäßigkeiten Rzjis wird nach JIS B 0601:2013 gemessen und bevorzugt mit einem Lasermikroskop gemessen.
Wenn die aufgeraute Ni-Schicht 17c gebildet ist, kann zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht 15 und der aufgerauten Ni-Schicht 17c geeignet eine Basis-Ni-Schicht 17d gebildet werden, wie in 5C dargestellt. Die Bereitstellung einer Basis-Ni-Schicht 17d mit einer Dicke von etwa 0,1 µm bis 10 µm führt zu Effekten wie der Verbesserung der Haftfähigkeit zu der aufgerauten Ni-Schicht 17c und der Verhinderung der Entstehung von Pinholes.
<Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode>
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie gemäß der vorliegenden Offenbarung in der folgenden Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet: einen Stromabnehmer-Bildungsschritt (Schritt 1); und einen Aktivmaterialschicht-Bildungsschritt (Schritt 2). Der Stromabnehmer-Bildungsschritt (Schritt 1) beinhaltet: einen Schritt des Bereitstellens einer Ni-Schicht auf mindestens einer Oberfläche eines Stahlsheets (Schritt 1a); und einen Schritt des Wärmebehandelns des Stahlsheets, auf dem die Ni-Schicht bereitgestellt wird, um Ni in der Ni-Schicht und Fe im Stahlsheet zu diffundieren, um eine Ni-Fe-Legierungsschicht zu bilden (Schritt 1b). Der Stromabnehmer-Bildungsschritt (Schritt 1) kann ferner einen Schritt zur Bildung einer aufgerauten Ni-Schicht beinhalten (Schritt 1c). Der Aktivmaterialschicht-Bildungsschritt (Schritt 2) beinhaltet: einen Schritt des Bildens einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf einer ersten Oberfläche des Stromabnehmers (Schritt 2a); und einen Schritt des Bereitstellens einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf einer zweiten Oberfläche des Stromabnehmers (Schritt 2b).
Es wird der Schritt 1a beschrieben. Die Ni-Schicht wird auf der Oberfläche des Stahlsheets beispielsweise durch elektrolytische Plattierung mit einem Ni-Plattierungsbad gebildet. Als Ni-Plattierungsbad kann ein üblicherweise für die Ni-Plattierung verwendetes Plattierungsbad, nämlich ein Wattbad, ein Zitronensäurebad, ein Sulfaminsäurebad, ein Borfluoridbad, ein Chloridbad und dergleichen verwendet werden. Zum Beispiel kann die Ni-Schicht durch Verwendung eines Wattbades mit einer Badzusammensetzung von 200 bis 350 g/L Nickelsulfathexahydrat, 20 bis 60 g/L Nickelchloridhexahydrat und 10 bis 50 g/L Borsäure unter Bedingungen eines pH-Wertes von 1,5 bis 5,0, einer Badtemperatur von 40 bis 80°C und einer Stromdichte von 1 bis 40 A/dm² gebildet werden. Die Dicke der Ni-Schicht beträgt bevorzugt 0,05 bis 5,0 µm, stärker bevorzugt 0,1 bis 3,0 µm.
Der Schritt 1b wird beschrieben. Die Erwärmung kann durch ein kontinuierliches Temperverfahren oder ein Kastentemperverfahren (Badtempern) durchgeführt werden. Die Bedingungen für die Wärmebehandlung können nach der erforderlichen Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht und der erforderlichen Dicke der Ni-Plattierungsschicht ausgewählt werden. Bei dem Verfahren des kontinuierlichen Temperverfahrens beispielsweise liegt die Wärmebehandlungstemperatur bevorzugt in einem Bereich von 700 bis 800°C und die Wärmebehandlungszeit bevorzugt in einem Bereich von 10 Sekunden bis 300 Sekunden. Beim Kastentempern liegt die Wärmebehandlungstemperatur bevorzugt im Bereich von 450 bis 600°C, die Wärmebehandlungszeit bevorzugt im Bereich von 1 Stunde bis 10 Stunden, und die Wärmebehandlungsatmosphäre ist bevorzugt eine nichtoxidative Atmosphäre oder eine reduzierende Schutzgasatmosphäre. Wenn es sich bei der Wärmebehandlungsatmosphäre um eine reduktive Schutzgasatmosphäre handelt, ist das verwendete Schutzgas bevorzugt ein Schutzgas, das sich zu 75% aus Wasserstoff und zu 20% aus Stickstoff zusammensetzt und durch ein Ammoniak-Cracking-Verfahren erzeugt wird, das ein wasserstoffreiches Tempern mit guter Wärmeübertragung ist. Die Wärmebehandlung ermöglicht die thermische Diffusion zur Bildung der Ni-Fe-Legierungsschicht, in die Ni in der Ni-Schicht und Fe im Stahlsheet diffundiert werden. In diesem Fall ist eine Konfiguration, bei der Fe diffundiert, um die Oberfläche der Ni-Schicht zu erreichen, akzeptabel, und eine Konfiguration, bei der eine Ni-Schicht mit nicht diffundiertem Fe in einem Teil der Ni-Schicht verbleibt, ist ebenfalls akzeptabel.
Der Schritt 1c wird nun beschrieben. Nickelteilchen werden in einem aggregierten Zustand durch ein Verfahren wie elektrisches Plattieren auf der in Schritt 1b gebildeten Ni-Fe-Legierungsschicht abgeschieden, um die aufgeraute Ni-Schicht zu bilden. Das heißt, die aufgeraute Ni-Schicht ist zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht oder der Positivelektrodenaktivmaterialschicht vorhanden. Die im Schritt 1c gebildete aufgeraute Ni-Schicht weist eine Oberflächenrauheit einer Oberfläche auf der Seite auf, die mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 oder der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 in Kontakt steht, die in dem später beschriebenen Aktivmaterialschicht-Bildungsschritt (Schritt 2) gebildet wird. Die Oberflächenrauheit ist höher als die der Ni-Fe-Legierungsschicht oder des Stahlsheets. Als das Verfahren zur Bildung der aufgerauten Ni-Schicht im Schritt 1c können neben dem elektrischen Plattieren auch Verfahren wie etwa Sputtern und Pressen mit einer Walze mit aufgerauter Oberfläche angewendet werden. Dieser Schritt 1c kann einen Schritt zur Bildung einer Basis-Ni-Schicht vor der Bildung der aufgerauhten Ni-Schicht beinhalten.
Der Schritt 2 wird beschrieben. Um eine Aktivmaterialschicht auf der Oberfläche des Stromabnehmers zu bilden, kann das Aktivmaterial auf die Oberfläche des Stromabnehmers mit einem konventionell bekannten Verfahren wie etwa einem Walzenbeschichtungsverfahren, einem Düsenbeschichtungsverfahren, einem Tauchbeschichtungsverfahren, einem Rakelverfahren, einem Sprühbeschichtungsverfahren und einem Vorhangbeschichtungsverfahren aufgebracht werden. Konkret werden das Aktivmaterial, ein Lösungsmittel und gegebenenfalls das Bindemittel, das Leitfähigkeitshilfsmittel und das Additiv zu einer Aufschlämmung vermischt, die dann auf die Oberfläche des Stromabnehmers aufgebracht und getrocknet wird. Beispiele für das Lösungsmittel beinhalten N-Methyl-2-Pyrrolidon, Methanol, Methylisobutylketon und Wasser. Um die Elektrodendichte zu erhöhen, kann nach dem Trocknen eine Kompression durchgeführt werden.
Bei der Bildung der Aktivmaterialschicht auf der Oberfläche des Stromabnehmers kann zunächst die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dann die Positivelektrodenaktivmaterialschicht bereitgestellt werden, oder die Schichten können in umgekehrter Reihenfolge bereitgestellt werden. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht können gleichzeitig aufgebracht werden. Das heißt, der Aktivmaterialschicht-Bildungsschritt (Schritt 2) ist nicht begrenzt, solange der Schritt beinhaltet: den Schritt des Bildens der Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf der ersten Oberfläche des Stromabnehmers (Schritt 2a); und den Schritt des Bereitstellens der Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf der zweiten Oberfläche des Stromabnehmers (Schritt 2b), und die Reihenfolge ist nicht begrenzt.
<Metallhydrid-Batterie und Verfahren zu ihrer Herstellung>
Eine Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bipolaren Elektroden der vorliegenden Offenbarung gestapelt sind. Für andere Konfigurationen kann beispielsweise die in der Literatur, wie etwa dem offengelegten japanischen Patent Veröffentlichung-Nr. 2020-140773 , offenbarte Konfiguration verwendet werden. Das heißt, die Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die bipolare Elektrode einschließlich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf der ersten Oberfläche des Stromabnehmers und beinhaltet die Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf der zweiten Oberfläche. Der Stromabnehmer beinhaltet: das Stahlsheet; und die Ni-Fe-Legierungsschicht, die auf mindestens einer Oberfläche des Stahlsheets bereitgestellt ist, wie oben erwähnt. In der Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung ist die Anzahl der bipolaren Elektroden eine oder mehrere, und die Anzahl der bipolaren Elektroden kann nach der gewünschten Kapazität erhöht oder verringert werden. Die Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung wird hergestellt, indem ein Separator zwischen den bipolaren Elektroden bereitgestellt und nach dem Einspritzen der Elektrolytlösung luftdicht abgedichtet wird. Bei der Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung handelt es sich beispielsweise um eine Nickel-Metalhydrid-Batterie.
Im Folgenden wird die Metallhydrid-Batterie einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anhand eines Beispiels der Nickel-Metallhydrid-Batterie beschrieben, doch ist die Erfindung der Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung nicht darauf beschränkt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Energiespeichervorrichtung zeigt. Eine Energiespeichervorrichtung 1 beinhaltet einen Modulstapel 2, in dem mehrere Energiespeichermodule 4 gestapelt sind, und ein Verbindungselement 3, das eine Verbindungslast auf den Modulstapel 2 in einer Stapelrichtung D des Modulstapels 2 ausübt.
Der Modulstapel 2 beinhaltet mehrere Stromspeichermodule 4 und mehrere Kühlplatten 5. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei der Stromspeichermodule 4 und vier der Kühlplatten 5 alternierend gestapelt, so dass die Kühlplatten 5 auf gegenüberliegenden Seiten des Stromspeichermoduls 4 positioniert sind. Im Folgenden wird eine Richtung, in der die Energiespeichermodule 4 gestapelt werden, als eine Stapelrichtung D bezeichnet. Eine Richtung, die die Stapelrichtung D kreuzt oder rechtwinklig schneidet, wird als horizontale Richtung bezeichnet.
Das Stromspeichermodul 4 ist ein bipolarer Metallhydrid-Batterie und hat in Stapelrichtung D gesehen eine rechteckige Form. In der folgenden Beschreibung wird das Stromspeichermodul 4 beispielhaft als Nickel-Metallhydrid-Batterie beschrieben. Die in Stapelrichtung D benachbarten Energiespeichermodule 4 sind über die Kühlplatte 5 elektrisch miteinander verbunden. Im Modulstapel 2 ist ein Negativelektrodenanschluss 6 mit der Kühlplatte 5 verbunden, die an einem Ende in Stapelrichtung D angeordnet ist. Ein Positivelektrodenanschluss 7 ist mit der Kühlplatte 5 verbunden, die am anderen Ende in Stapelrichtung D angeordnet ist. Der Negativelektrodenanschluss 6 und der Positivelektrodenanschluss 7 sind beispielsweise von den Rändern der Kühlplatten 5 in der die Stapelrichtung D kreuzenden Richtung abgezogen. Der Negativelektrodenanschluss 6 und der Positivelektrodenanschluss 7 sind mit einem externen Stromkreis, z. B. einem Fahrzeug, verbunden, der nicht dargestellt ist, und die Energiespeichervorrichtung 1 wird durch den externen Stromkreis geladen und entladen. Die Kühlplatte 5 ist aus Aluminium gefertigt.
Die äußerste Schicht des Modulstapels 2 (Stapelaußenschicht) ist in der vorliegenden Ausführungsform die Kühlplatte 5, aber die äußerste Schicht des Modulstapels 2 kann auch das Energiespeichermodul 4 sein. In diesem Fall ist der Negativelektrodenanschluss 6 oder der Positivelektrodenanschluss 7 mit dem Energiespeichermodul 4 verbunden, das die äußerste Schicht des Stapels bildet.
Im Inneren der Kühlplatte 5 sind mehrere Kanäle 5a bereitgestellt, durch die ein Kältemittel, wie etwa Luft, strömt, um die im Energiespeichermodul 4 erzeugte Wärme an die Außenseite der Energiespeichervorrichtung 1 abzugeben. Die Kanäle 5a dehnen sich in Richtungen aus, die die Stapelrichtung D und die Ziehrichtung des Negativelektrodenanschlusses 6 bzw. des Positivelektrodenanschlusses 7 kreuzen (rechtwinklig schneiden). Die Kühlplatte 5 ist leitfähig und hat die Funktion eines Verbindungselements, um eine elektrische Verbindung zwischen den Energiespeichermodulen 4 herzustellen. Die Kühlplatte 5 ermöglicht es dem Kältemittel, durch diese Kanäle 5a zu strömen, um auch eine Funktion als Wärmeableitungsplatte zur Ableitung der im Energiespeichermodul 4 erzeugten Wärme zu haben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Fläche der Kühlplatte 5 kleiner als eine Fläche des Energiespeichermoduls 4 in einer Draufsicht in der Stapelrichtung D. Zur Verbesserung der Wärmeableitung kann die Fläche der Kühlplatte 5 jedoch gleich der Fläche des Energiespeichermoduls 4 sein oder kann größer als die Fläche des Energiespeichermoduls 4 in einer Ebene in der Stapelrichtung D sein. Alternativ kann ein Kältemittel mit hoher Temperatur im Kanal 5a strömen, um das Energiespeichermodul 4 zu erwärmen.
Das Bindeelement 3 beinhaltet zwei Endplatten 8, die den Modulstapel 2 in Stapelrichtung D sandwichartig umschließen, sowie eine Spannschraube 81 und eine Mutter 82 zum Festziehen der Endplatten 8. Die Endplatte 8 ist eine Metallplatte, die in einer Draufsicht in Stapelrichtung D um eine Größe größer ist als das Energiespeichermodul 4 und die Kühlplatte 5 und eine rechteckige Form beinhaltet. Zwischen jeder Endplatte 8 und dem Modulstapel 2 ist eine Isolierfolie F eingefügt. Die Folie F isoliert jede Endplatte 8 und den Modulstapel 2.
An einem Rand der Endplatte 8 befindet sich ein Einführungsloch 8a an einer Position, die in Stapelrichtung D gesehen weiter außen liegt als der Modulstapel 2. Die Spannschraube 81 wird vom Einführungsloch 8a der einen Endplatte 8 zum Einführungsloch 8a der anderen Endplatte 8 eingeführt. Die Mutter 82 wird so verschraubt, dass eine Spitze der Spannschraube 81 aus dem Einführungsloch 8a der anderen Endplatte 8 herausragt. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das Energiespeichermodul 4 und die Kühlplatte 5 zwischen zwei Endplatten 8 eingeklemmt werden können, um als Modulstapel 2 eine Einheit zu bilden. Auf den Modulstapel 2 wird in Stapelrichtung D eine verbindende Last aufgebracht.
Nachfolgend wird die Konfiguration des Energiespeichermoduls 4 im Detail beschrieben. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die innere Konfiguration des in 6 dargestellten Energiespeichermoduls zeigt. Wie in 7 dargestellt, beinhaltet das Energiespeichermodul 4 einen Elektrodenstapel (Zellstapel) 11, leitfähige Platten 40, die an den Außenseiten des Elektrodenstapels 11 in der Stapelrichtung D angeordnet sind; und einen aus einem Harz hergestellten Dichtungsabschnitt 12, der den Elektrodenstapel 11 und die leitfähigen Platten 40 integriert.
Der Elektrodenstapel 11 ist aus mehreren Elektroden gebildet, die über einen Separator SP in der Stapelrichtung D des Energiespeichermoduls 4 gestapelt sind. Diese Elektroden beinhalten einen Stapel von mehreren bipolaren Elektroden 100 (200), eine Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und eine Positivelektrodenanschlusselektrode 19. Die bipolaren Elektroden 100 (200) und der Separator SP haben, von der Stapelrichtung D aus gesehen, eine rechteckige Form.
Die bipolare Elektrode 100 (200) beinhaltet einen Stromabnehmer 10 mit einer Oberfläche (einer ersten Oberfläche) 10A und der anderen Oberfläche (einer zweiten Oberfläche) 10B, die der einen Oberfläche 10A gegenüberliegt, eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20, die auf der einen Oberfläche 10A bereitgestellt ist, und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30, die auf der anderen Oberfläche 10B bereitgestellt ist. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 wird durch Aufbringen eines Positivelektrodenaktivmaterials auf den Stromabnehmer 10 gebildet. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 wird durch das Aufbringen eines Negativelektrodenaktivmaterials auf den Stromabnehmer 10 gebildet. Im Elektrodenstapel 11 liegt die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 einer bipolaren Elektrode 100 (200) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 einer anderen bipolaren Elektrode 100 (200) gegenüber, die auf einer Seite in Stapelrichtung D an den Separator SP angrenzt. Im Elektrodenstapel 11 liegt die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 einer bipolaren Elektrode 100 (200) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 einer anderen bipolaren Elektrode 100 (200) gegenüber, die auf der anderen Seite in Stapelrichtung D an den Separator SP angrenzt.
Die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 beinhaltet den Stromabnehmer 10 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20, die auf der einen Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 bereitgestellt ist. Die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 ist an einem Ende des Elektrodenstapels 11 in der Stapelrichtung D angeordnet, so dass die eine Oberfläche 10A zu einer zentralen Seite der Stapelrichtung D des Elektrodenstapels 11 gerichtet ist. Die andere Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 bildet eine äußere Oberfläche in Stapelrichtung D des Elektrodenstapels 11 und ist über eine leitfähige Platte 40 mit einer dem Energiespeichermodul 4 benachbarten Kühlplatte 5 (siehe 6) elektrisch verbunden. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 in der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 liegt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 in der bipolaren Elektrode 100 (200) über den Separator SP gegenüber.
Die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 beinhaltet den Stromabnehmer 10 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30, die auf der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 bereitgestellt ist. Die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 ist am anderen Ende des Elektrodenstapels 11 in der Stapelrichtung D so angeordnet, dass die andere Oberfläche 10B zur zentralen Seite der Stapelrichtung D des Elektrodenstapels 11 gerichtet ist. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 in der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 liegt über den Separator SP der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 in der bipolaren Elektrode 100 (200) gegenüber. Die eine Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 in der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 bildet die äußere Oberfläche in Stapelrichtung D des Elektrodenstapels 11 und ist über die leitfähige Platte 40 mit der anderen, dem Energiespeichermodul 4 benachbarten Kühlplatte 5 (siehe 6) elektrisch verbunden.
Der Stromabnehmer 10 ist ein Stahlsheet, das einer Plattierungsbehandlung unterzogen wird. Ein Rand 10C des Stromabnehmers 10 ist ein unbeschichteter Bereich, in dem das Positivelektrodenaktivmaterial und das Negativelektrodenaktivmaterial nicht aufgebracht sind, und hat eine rechteckige Rahmenform. Als das Positivelektrodenaktivmaterial, das die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 bildet, kann das vorgenannte Material verwendet werden. Als das Negativelektrodenaktivmaterial, das die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 bildet, kann das vorgenannte Material verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Bildungsbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 auf der einen Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 um eine Größe größer als ein Bildungsbereich der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 auf der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10.
Die leitfähige Platte 40 ist ein leitfähiges Plattenelement, das bereitgestellt ist, um eine Verschlechterung des Elektrodenstapels 11 zu verhindern. Die leitfähige Platte 40 ist eine unbeschichtete Folie, bei der die Aktivmaterialschicht auf keiner der beiden gegenüberliegenden Oberflächen gebildet ist. Die leitfähige Platte 40 ist zum Beispiel aus Nickel gebildet. Die leitfähige Platte 40 beinhaltet einen Zentralabschnitt 41, der in Kontakt mit der Kühlplatte 5 steht, und einen Rand 42, der den Zentralabschnitt 41 umgibt und eine rechteckige Rahmenform aufweist. Der Rand 42 ist ein Abschnitt, der von einem Dichtungskörper (Dichtungsabschnitt) 12 getragen wird. Die Dicke der leitfähigen Platte 40 beträgt z. B. 0,1 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger. Die leitfähige Platte 40 bildet eine Außenwand des Energiespeichermoduls 4 an den gegenüberliegenden Enden in Stapelrichtung D. Wenn die leitfähige Platte 40 nicht bereitgestellt ist, bilden die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 die Außenwand.
Der Dichtungsabschnitt 12 ist beispielsweise aus einem isolierenden Harz gebildet und ist in seiner Gesamtheit als rechteckiger Rahmen geformt. Der Dichtungsabschnitt 12 ist entlang einer Seitenfläche 11a des Elektrodenstapels 11 so bereitgestellt, dass er den Rand 10C des Stromabnehmers 10 und den Rand 42 der leitfähigen Platte 40 umgibt. Der Dichtungsabschnitt 12 stützt den Rand 10C des Stromabnehmers 10 und der Rand 42 der leitfähigen Platte 40. Der Dichtungsabschnitt 12 beinhaltet mehrere erste Dichtungsabschnitte 21, die mit dem Rand 10C des Stromabnehmers 10 und dem Rand 42 der leitfähigen Platte 40 verbunden sind, und einen zweiten Dichtungsabschnitt 22, der den ersten Dichtungsabschnitt 21 entlang der Seitenfläche 11a von außen umgibt und mit jedem der ersten Dichtungsabschnitte 21 verbunden ist. Bestandteile des ersten Dichtungsabschnitts 21 und des zweiten Dichtungsabschnitts 22 sind z.B. Polypropylen.
Der erste Dichtungsabschnitt 21 ist durchgehend an einem gesamten Umfang des Randes 42 der leitfähigen Platte 40 oder an einem gesamten Umfang des Randes 10C der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 bereitgestellt und hat, von der Stapelrichtung D aus gesehen, eine rechteckige Rahmenform. Bei der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 ist der erste Dichtungsabschnitt 21 an den Rändern 10C der einen Oberfläche 10A und der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 bereitgestellt.
Der erste Dichtungsabschnitt 21 wird mit dem Rand 42 der leitfähigen Platte 40 oder der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 z. B. durch Ultraschall oder Thermokompression verschweißt und luftdicht verbunden. Der erste Dichtungsabschnitt 21 ist beispielsweise ein Film mit einer bestimmten Dicke in der Stapelrichtung D. Der erste Dichtungsabschnitt 21 kann durch Stanzen eines Harz-Sheets gebildet werden, kann durch Anordnen einer Vielzahl von Harz-Sheets als Rahmen gebildet werden oder kann durch Spritzgießen unter Verwendung einer Form gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Dichtungsabschnitt 21 durch Stanzen eines Harz-Sheets gebildet. Die Dicke des ersten Dichtungsabschnitts 21 beträgt beispielsweise 50 µm oder mehr und 250 µm oder weniger. Eine Innenseite des ersten Dichtungsabschnitts 21 befindet sich zwischen den in Stapelrichtung D benachbarten Rändern 10C des Stromabnehmers 10. Eine Außenseite des ersten Dichtungsabschnitts 21 ragt weiter nach außen als der Rand des Stromabnehmers 10, und eine Spitze davon wird von dem zweiten Dichtungsabschnitt 22 getragen. Die ersten Dichtungsabschnitte 21, die entlang der Stapelrichtung D aneinandergrenzen, können voneinander beabstandet sein oder einander berühren. Die Außenkanten der ersten Dichtungsabschnitte 21 können miteinander verbunden werden, z. B. durch Heizelementschweißen.
Der zweite Dichtungsabschnitt 22 ist an der Außenseite des Elektrodenstapels 11 und des ersten Dichtungsabschnitts 21 bereitgestellt und bildet die Außenwand (Gehäuse) des Energiespeichermoduls 4. Der zweite Dichtungsabschnitt 22 wird beispielsweise durch Spritzgießen mit einem Harz gebildet und erstreckt sich über die gesamte Länge des Elektrodenstapels 11 entlang der Stapelrichtung D. Der zweite Dichtungsabschnitt 22 erstreckt sich entlang der Stapelrichtung D als axiale Richtung und hat eine rechteckige Rahmenform. Der zweite Dichtungsabschnitt 22 wird z. B. durch Erwärmen während des Spritzgießens mit der äußeren Oberfläche des ersten Dichtungsabschnitts 21 verschweißt.
Der erste Dichtungsabschnitt 21 und der zweite Dichtungsabschnitt 22 bilden einen Innenraum V zwischen den benachbarten Elektroden und dichten den Innenraum V ab. Genauer gesagt, bildet der zweite Dichtungsabschnitt 22 zusammen mit dem ersten Dichtungsabschnitt 21 eine Dichtung zwischen den bipolaren Elektroden 100 (200), die entlang der Stapelrichtung D aneinandergrenzen, eine Dichtung zwischen der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und der bipolaren Elektrode 100 (200), die entlang der Stapelrichtung D aneinandergrenzen, und eine Dichtung zwischen der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und der bipolaren Elektrode 100 (200), die entlang der Stapelrichtung D aneinandergrenzen. Diese Konfiguration bildet die luftdicht getrennten Innenräume V zwischen den benachbarten bipolaren Elektroden 100 (200), zwischen der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und der bipolaren Elektrode 100 (200) und zwischen der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und der bipolaren Elektrode 100 (200). Dieser Innenraum V enthält die Elektrolytlösung (nicht abgebildet). Der Separator SP, die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 30 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 20 sind mit der Elektrolytlösung imprägniert.
Die bipolare Elektrode 100 (200) und der Dichtungsabschnitt 12, die in Stapelrichtung D aneinandergrenzen; die bipolare Elektrode 100 (200), die an die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und den Dichtungsabschnitt 12 angrenzt; und die bipolare Elektrode 100 (200), die an die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und den Dichtungsabschnitt 12 angrenzt; bilden jeweils eine Zelle (Einheitsbatterie).
Im Folgenden wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Energiespeichermoduls nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst werden die ersten Dichtungsabschnitte 21 mit der bipolaren Elektrode 100 (200), der Negativelektrodenanschlusselektrode 18, der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und der leitfähigen Platte 40 verbunden (erster Schritt). Im ersten Schritt werden zunächst die bipolare Elektrode 100 (200), die Negativelektrodenanschlusselektrode 18, die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und die leitfähige Platte 40 vorbereitet. Dann werden die ersten Dichtungsabschnitte 21 mit der anderen Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10 und der einen Oberfläche 40a der leitfähigen Platte 40 verschweißt. Durch dieses Schweißen wird der erste Abschnitt 21 mit der bipolaren Elektrode 100 (200), der Negativelektrodenanschlusselektrode 18, der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und der leitfähigen Platte 40 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Abschnitt 21 auch mit der einen Oberfläche 10A des Stromabnehmers 10 in der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 verschweißt.
Dann wird der Elektrodenstapel 11 gebildet (der zweite Schritt). Im zweiten Schritt werden zunächst die bipolare Elektrode 100 (200), die mit dem ersten Dichtungsabschnitt 21 verbunden ist, und der Separator SP alternierend entlang der Stapelrichtung D gestapelt, um einen Stapel S zu bilden. Anschließend wird die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 an einem Ende des Stapels S in der Stapelrichtung D angeordnet, und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 wird am anderen Ende des Stapels S in der Stapelrichtung D angeordnet. Diese Anordnung bildet den Elektrodenstapel 11, der die bipolare Elektrode 100 (200), den Separator SP, die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 beinhaltet. Zu diesem Zeitpunkt bilden die gestapelten ersten Dichtungsabschnitte 21 den Innenraum V zwischen den im Elektrodenstapel 11 enthaltenen Elektroden und dichten den Innenraum V ab.
Danach wird die leitfähige Platte 40, die mit dem ersten Dichtungsabschnitt 21 verbunden ist, auf den Elektrodenstapel 11 aufgelegt (dritter Schritt). Im dritten Schritt wird der erste, mit der leitfähigen Platte 40 verbundene Dichtungsabschnitt 21 in Stapelrichtung D neben der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 angeordnet.
Dann wird der zweite Dichtungsabschnitt 22, der mit jedem der ersten Dichtungsabschnitte 21 verbunden ist, geformt (der vierte Schritt). Im vierten Schritt wird ein Harz an die äußere Peripherie jedes der ersten Dichtungsabschnitte 21 gespritzt, z.B. durch Verwendung einer Form. Das Harz wird dann durch Abkühlen oder ähnliches gehärtet, um den zweiten Dichtungsabschnitt 22 zu bilden. Dieser Schritt bildet den Dichtungsabschnitt 12, der den ersten Dichtungsabschnitt 21 und den zweiten Dichtungsabschnitt 22 beinhaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann die leitfähige Platte 40 mit jedem der ersten Dichtungsabschnitte 21 verschweißt werden, die mit der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 oder der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 verbunden sind. Obwohl nicht dargestellt, wird die Elektrolytlösung nach dem vierten Schritt in jeden der Innenräume V injiziert. Das Energiespeichermodul 4 wird in den oben genannten Schritten hergestellt.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet bevorzugt verschiedene Arten von Elementen, die in einer bekannten Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet werden. Im Folgenden wird die Batterieeinheit, die aus der Positivelektrodenanschlusselektrode, der bipolaren Elektrode, der Negativelektrodenanschlusselektrode und dem Separator zusammengesetzt sein, als Batteriemodul bezeichnet. Die Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung kann ein einzelnes Batteriemodul beinhalten oder kann mehrere Batteriemodule in Kombination in Reihe beinhalten.
Als Separator können bekannte Separatoren verwendet werden. Der Separator kann beispielsweise zusammengesetzt sein aus: synthetischen Harzen wie etwa Polytetrafluorethylen, Polypropylen, Polyethylen, einem Polyimid, einem Polyamid, einem Polyaramid (aromatisches Polyamid), einem Polyester und Polyacrylnitril; Polysacchariden wie etwa Cellulose und Amylose; natürlichen Polymeren wie etwa Fibroin, Keratin, Lignin und Suberin; einem porösen Material unter Verwendung eines oder mehrerer elektrisch isolierender Materialien wie etwa Keramik; Vliesstoff; und Gewebe. Der Separator kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen. Eine Oberfläche des Separators wird bevorzugt einer Hydrophilierungsbehandlung unterzogen. Beispiele für die Hydrophilierungsbehandlung beinhalten eine Sulfonierungsbehandlung, eine Koronabehandlung, eine Fluorgasbehandlung und eine Plasmabehandlung.
Als Elektrolytlösung kann eine stark basische wässrige Lösung verwendet werden, die üblicherweise als Elektrolytlösung für die Nickel-Metallhydrid-Batterie eingesetzt wird. Spezifische Beispiele für die stark basische wässrige Lösung beinhalten eine wässrige Kaliumhydroxidlösung, eine wässrige Natriumhydroxidlösung und eine wässrige Lithiumhydroxidlösung. Als Elektrolytlösung kann nur eine Art der stark basischen wässrigen Lösung verwendet werden, oder es können mehrere Arten der stark basischen wässrigen Lösung gemischt werden, um sie zu verwenden. Der Elektrolytlösung kann ein bekanntes Additiv, das für eine Elektrolytlösung für die Nickel-Metallhydrid-Batterie verwendet wird, zugegeben werden.
Der Dichtungsabschnitt ist zwischen den Elektroden der Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Der Dichtungsabschnitt verhindert die Leckage der Elektrolytlösung, verhindert das gegenseitige Vermischen der Elektrolytlösung zwischen den Elektroden und verhindert den Kontakt der Elektrolytlösung, der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht mit der freien Luft. Der Dichtungsabschnitt ist in engem Kontakt mit den beiden benachbarten Stromabnehmern angeordnet und in einem Zustand, in dem er den gesamten Abschnitt umgibt, in dem die Elektrolytlösung, die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht vorhanden sind. Der Dichtungsabschnitt kann doppelt oder dreifach um den Abschnitt angeordnet sein, in dem sich die Elektrolytlösung, die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht befinden.
Beispiele für ein Material des Dichtungsabschnitts beinhalten ein isolierendes Harz mit Alkalibeständigkeit wie etwa Polypropylen, Polyphenylensulfid und modifizierter Polyphenylenether. Ein Element, das üblicherweise als Dichtung oder Packung bezeichnet wird, kann als Dichtungsabschnitt verwendet werden. Der Dichtungsabschnitt kann durch Crimpen des Materials des Dichtungsabschnitts mit dem Stromabnehmer, durch Thermokompression mit dem Stromabnehmer oder durch Anhaften an den Stromabnehmer unter Verwendung eines Klebstoffs gebildet werden.
Am Umfang der Elektrode ist bevorzugt ein isolierender, elektrisch nicht leitfähiger Außenrahmen angeordnet. Der Außenrahmen hat die Aufgabe, die Form der Elektrode beizubehalten und einen Kurzschluss zwischen den Elektroden zu verhindern. Der oben erwähnte Dichtungsabschnitt ist im Inneren des Außenrahmens angeordnet. Der Außenrahmen kann auch als der Dichtungsabschnitt dienen. Beispiele für ein Material des Außenrahmens beinhalten: synthetische Harze oder synthetische Harze, die ein isolierendes Oxid oder eine isolierende Keramik enthalten.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung beinhaltet bevorzugt eine Kühlplatte, die die beim Laden und Entladen entstehende Wärme ableitet. Die Kühlplatte ist bevorzugt außerhalb des Batteriemoduls entlang der Oberfläche der Elektrode angeordnet. Wenn mehrere Batteriemodule vorhanden sind, können die Kühlplatten jeweils zwischen den Batteriemodulen angeordnet sein.
Die Kühlplatte ist bevorzugt aus einem Metall mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Aluminium, hergestellt. Bei der Form der Kühlplatte handelt es sich bevorzugt um einen Plattenkörper, der auf der Oberfläche des Batteriemoduls gestapelt werden kann, und stärker bevorzugt um einen Plattenkörper, in dem ein Durchgangsloch für die Luftkühlung bereitgestellt ist.
Das Batteriemodul der Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung wird bevorzugt in der Dickenrichtung, nämlich der Stapelrichtung der Elektrode, mit einem Bindewerkzeug gebunden. Durch die Bindung des Batteriemoduls in Stapelrichtung kann die Elektrolytlösung gleichmäßig in die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht eindringen. Die Bindung verhindert auch eine ungleichmäßige Ausdehnung der Elektrode bei Ladung und Entladung und verhindert Veränderungen des Batteriewiderstands. Die Bindung hält auch den dichtenden Effekt des Dichtungsabschnitts in einer günstigen Weise.
Das Bindeelement kann ein Batteriemodul oder mehrere Batteriemodule binden. Als Bindeelement werden bevorzugt zwei Bindungsplatten und ein Befestigungselement zum Festziehen der beiden Bindungsplatten verwendet. Beispiele für das Befestigungselement beinhalten eine Schraube und eine Mutter. Ein Material des Bindeelements weist bevorzugt eine hohe Beständigkeit gegenüber starken Alkali auf. Spezifische Beispiele für das Material des Verbindungselements beinhalten synthetische Harze und isolierende Keramiken. Ein Batteriegehäuse, in dem das Batteriemodul untergebracht ist, kann als das Bindeelement verwendet werden.
Das Batteriegehäuse ist ein Gehäuse, das das Batteriemodul unterbringt. Als Batteriegehäuse können die bekannten Batteriegehäuse für Metallhydrid-Batterien verwendet werden. Die Form des Batteriegehäuses ist nicht besonders begrenzt, und verschiedene Formen wie etwa eine rechteckige Form, eine zylindrische Form, eine Münzform und eine Laminatform können angenommen werden. Das Material des Batteriegehäuses weist bevorzugt eine hohe Beständigkeit gegenüber starken Alkali auf. Spezifische Beispiele des Batteriegehäuses beinhalten ein Gehäuse aus Nickel, ein Gehäuse aus einem Harz, ein Metallgehäuse mit einer Nickel-plattierten Innenfläche und ein Metallgehäuse mit einer harzbeschichteten Schicht auf einer Innenfläche.
An dem Bindeelement oder dem Batteriegehäuse kann eine Entgasungsöffnung angeordnet sein und es kann eine Einspritzöffnung zum Nachfüllen der Elektrolytlösung angeordnet sein.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung kann in Fahrzeuge und Industriefahrzeuge eingebaut werden. Das Fahrzeug ist ein Fahrzeug, das elektrische Energie mit der Nickel-Metallhydrid-Batterie für alle oder einen Teil seiner Energiequelle verwendet, und das Fahrzeug ist beispielsweise bevorzugt ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Wenn die Nickel-Metallhydrid-Batterie in das Fahrzeug eingebaut wird, werden bevorzugt mehrere Nickel-Metallhydrid-Batterien in Reihe geschaltet, um ein Batteriepaket zu bilden. Beispiele für eine Vorrichtung, in die die Nickel-Metallhydrid-Batterie eingebaut wird, beinhalten neben einem Fahrzeug auch verschiedene batteriebetriebene elektrische Haushaltsgeräte, Bürogeräte und industrielle Geräte wie etwa Personalcomputer und mobile Telekommunikationsgeräte. Darüber hinaus kann die Nickel-Metallhydrid-Batterie der vorliegenden Offenbarung verwendet werden für: eine Energiespeichervorrichtung und Leistungsglättungsvorrichtung bei der Windenergieerzeugung, Solarenergieerzeugung, Wasserkrafterzeugung und anderen Energiesystemen; eine Stromversorgungsquelle und/oder eine Hilfsmaschine für ein Wasserfahrzeug oder dergleichen; eine Stromversorgungsquelle und/oder eine Hilfsmaschine für ein Flugzeug, ein Raumschiff oder dergleichen; eine Hilfsenergiequelle für ein Fahrzeug, das keine Elektrizität als Energiequelle verwendet; eine Energiequelle für einen mobilen Haushaltsroboter; eine Energiequelle für ein System-Backup; eine Energiequelle für eine unterbrechungsfreie Energieversorgung; und eine Energiespeichervorrichtung zum vorübergehenden Speichern von Energie, die zum Aufladen in einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug benötigt wird, und dergleichen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können von einem Fachmann modifiziert oder verbessert werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen und die folgenden Modifikationen können kombiniert werden, solange die kombinierten Modifikationen technisch miteinander übereinstimmen.
Die Ni-Fe-Legierungsschichten 15 sind auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stromabnehmers 10 gebildet, der in der obigen Ausführungsform die bipolare Elektrode 100 (200), die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 bildet, können aber auch auf nur einer Oberfläche des Stromabnehmers 10 gebildet sein. Wenn die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 auf einer Oberfläche des Stromabnehmers 10 bereitgestellt ist, ist die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 bevorzugt auf der einen Oberfläche (erste Oberfläche) 10A bereitgestellt. Die Ni-Fe-Legierungsschicht 15 muss nicht notwendigerweise auf dem Stromabnehmer 10, der die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 bildet, bereitgestellt sein.
Die andere Oberfläche 10B des Stromabnehmers 10, die in der bipolaren Elektrode beinhaltet ist, ist in der obigen Ausführungsform aufgeraut, aber die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann nur ein Abschnitt, der in dem Verbindungsbereich zum ersten Dichtungsabschnitt 21 in der anderen Oberfläche 10B beinhaltet ist, aufgeraut werden. In der einen Oberfläche 40a der leitfähigen Platte 40 kann nur ein Abschnitt, der in dem Verbindungsbereich zum ersten Dichtungsabschnitt 21 beinhaltet ist, aufgeraut werden.
Sowohl der Stromabnehmer als auch die leitfähige Platte haben in der obigen Ausführungsform in der Draufsicht eine rechteckige Form, aber die Konfiguration ist nicht darauf beschränkt. Sowohl der Stromabnehmer als auch die leitfähige Platte können in der Draufsicht eine polygonale, kreisförmige oder ovale Form aufweisen. Auch die Endplatte, der Separator und der Dichtungsabschnitt (insbesondere der erste Dichtungsabschnitt und der zweite Dichtungsabschnitt) müssen in der Draufsicht nicht notwendigerweise die Form eines rechteckigen Rahmens haben.
BEISPIELE
Nachfolgend werden Beispiele beschrieben, in denen die obigen Ausführungsformen näher erläutert werden. Die obigen Ausführungsformen sind durch diese Beispiele nicht begrenzt.
Beispiel 1
Herstellung von Stromabnehmer
Zunächst wurde eine kaltgewalzte Folie (Dicke: 50 µm) aus einem kohlenstoffarmen aluminiumberuhigten Stahl mit der folgenden chemischen Zusammensetzung als ein Stahlsheet angefertigt.
C: 0,04 Gew.-%, Mn: 0,32 Gew.-%, Si: 0,01 Gew.-%, P: 0,012 Gew.-%, S: 0,014 Gew.-%, der Rest: Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
Dann wurde das angefertigte Stahlsheet einer elektrolytischen Entfettung und einer sauren Beizung durch Eintauchen in Schwefelsäure unterzogen, und dann wurde Ni auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets unter den folgenden Bedingungen mit einer Zieldicke von 0,35 µm auf einer Oberfläche unter Verwendung eines Wattbads abgeschieden. Diese Plattierung bildete eine Ni-Plattierungsschicht mit einer Ni-Plattierungsmasse von 3,12 g/m² auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets (ein erster Ni-Plattierungsschritt). Die Bedingungen für die Ni-Plattierung waren wie folgt.
Bedingungen für die erste Ni-Plattierung
Badzusammensetzung: Nickelsulfathexahydrat: 250 g/L, Nickelchloridhexahydrat: 45 g/L, Borsäure: 30 g/L
Badtemperatur: 60°C
pH-Wert: 4,0 bis 5,0
Rühren: Luft- oder Düsenrührer
Stromdichte: 10 A/dm²
Anschließend wurde das Stahlsheet, das die wie oben gebildete Ni-Plattierungsschicht beinhaltete, einer Wärmebehandlung (Diffusionsschritt) durch Kastenglühen unter den Bedingungen einer Wärmebehandlungstemperatur von 560°C, einer Einwirkungszeit von 6 Stunden und in einer reduzierenden Atmosphäre unterzogen. Diese Wärmebehandlung ergab ein oberflächenbehandeltes Stahlsheet, bei dem sich Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets bildeten. Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht auf einer Oberfläche des erhaltenen oberflächenbehandelten Stahlsheets betrug 1,2 µm.
Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht wurde mit Hilfe von SEM-EDX (energiedispersive Röntgenspektrometrie) ermittelt. Das heißt, die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht wurde durch Elementanalyse mit SEM-EDX (energiedispersive Röntgenspektrometrie) von Ni und Fe mit linearer Analyse in einem Abschnitt von einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 10 µm in einer Dickenrichtung berechnet. Die Messbedingungen waren wie folgt: Beschleunigungsspannung: 10 kV, Beobachtungsvergrößerung: 5000, Messschritt: 0,01 µm. Wie in 2 gezeigt, wird als Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht aus einem Diagramm der Abstand zwischen einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Ni und einem 1/10-Punkt des Maximalwerts von Fe in einem Abschnitt in der Nähe eines Kreuzungspunkts einer Ni-Kurve und einer Fe-Kurve abgelesen, wobei der Abstand (µm) in der Dickenrichtung von der Oberflächenschicht als die horizontale Achse und die Röntgenintensitäten von Ni und Fe als die vertikale Achse festgelegt werden.
Anschließend wurden auf den gegenüberliegenden Oberflächen des oberflächenbehandelten Stahlsheets, auf denen die Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen gebildet wurden, unter den folgenden Plattierungsbedingungen Basis-Ni-Schichten mit einer Dicke von 1,0 µm gebildet (ein zweiter Ni-Plattierungsschritt).
<Bedingungen für die Basis-Ni-Schicht-Plattierung >
Badzusammensetzung: Nickelsulfathexahydrat: 250 g/L, Nickelchloridhexahydrat: 45 g/L, Borsäure: 30 g/L
pH-Wert: 4,0 bis 5,0
Badtemperatur: 60°C
Stromdichte: 10 A/dm²
Auf der anderen Oberfläche (einer zweiten Oberfläche) des oberflächenbehandelten Stahlsheets mit der gebildeten Basis-Ni-Schicht wurde eine aufgeraute Ni-Schicht unter den folgenden Plattierungsbedingungen (ein dritter Ni-Plattierungsschritt) bereitgestellt, um einen Stromabnehmer zu erhalten. Nach dem Plattierungsschritt unter den folgenden Bedingungen für die aufgeraute Ni-Schicht-Plattierung wurde die aufgeraute Ni-Schicht durch eine Ni-Plattierungsbeschichtungsbehandlung unter den folgenden Bedingungen für die Ni-Plattierungsbeschichtung gebildet, um die Haftfähigkeit zwischen dem Stahlsheet und der aufgerauten Ni-Schicht zu verbessern. Die Nickelbeschichtungsmasse als die aufgeraute Ni-Schicht betrug 18,1 g/m².
<Bedingungen für aufgeraute Ni-Schicht-Plattierung>
Konzentration von Nickelsulfathexahydrat im Plattierungsbad: 10 g/L
Konzentration von Nickelchloridhexahydrat im Plattierungsbad: 10 g/L
Chloridionenkonzentration im Plattierungsbad: 3 g/L
Verhältnis zwischen Nickel-Ionen und Ammonium-Ionen im Plattierungsbad: Nickel-Ionen/Ammonium-Ionen (Gewichtsverhältnis) = 0,17
pH-Wert: 6
Temperatur im Bad: 50°C
Stromdichte: 12 A/dm²
Plattierungszeit: 80 Sekunden
<Bedingungen für die Ni-Plattierungsbeschichtung>
Badzusammensetzung: 250 g/L Nickelsulfathexahydrat, 45 g/L Nickelchloridhexahydrat und 30 g/L Borsäure
pH-Wert: 4,2
Badtemperatur: 60°C
Stromdichte: 5A/dm²
Plattierungszeit: 36 Sekunden
Das heißt, der wie oben hergestellte Stromabnehmer von Beispiel 1 hatte die Ni-Fe-Legierungsschicht, die Basis-Ni-Schicht und die aufgeraute Ni-Schicht in dieser Reihenfolge von der Oberflächenseite des Stahlsheets aus. Das Stahlsheet war ein Substrat des Stromabnehmers. Die Ni-Fe-Legierungsschichten und die Basis-Ni-Schichten wurden auf den gegenüberliegenden Oberflächen (erste Oberfläche und zweite Oberfläche) des Stromabnehmers gebildet. Die aufgeraute Ni-Schicht wurde nur auf der anderen Oberfläche (der zweiten Oberfläche) des Stromabnehmers gebildet.
Herstellung von bipolarer Elektrode
94,3 Masseteile eines Nickelhydroxidpulvers als Positivelektrodenaktivmaterial, 1 Masseteil eines Kobaltpulvers als Leitfähigkeitshilfsmittel, 3,5 Masseteile, bezogen auf den Feststoffgehalt, einer Acrylharzemulsion als Bindemittel, 0,7 Masseteile Carboxymethylcellulose als Bindemittel, 0,5 Masseteile Y₂O₃ als Additiv für die Positivelektrode und eine angemessene Menge ionenausgetauschtes Wasser wurden gemischt, um eine Positivelektrodenaufschlämmung herzustellen.
97,8 Masseteile einer Wasserstoffspeicherlegierung vom A₂B₇-Typ als Negativelektrodenaktivmaterial, 1,5 Masseteile, bezogen auf den Feststoffgehalt, einer Acrylharzemulsion als Bindemittel, 0,7 Masseteile Carboxymethylcellulose als Bindemittel und eine angemessene Menge ionenausgetauschtes Wasser wurden gemischt, um eine Negativelektrodenaufschlämmung herzustellen.
Die Negativelektrodenaufschlämmung wurde auf die erste Oberfläche des Stromabnehmers aufgebracht, um einen Film zu bilden. Die Positivelektrodenaufschlämmung wurde auf die zweite Oberfläche des Stromabnehmers aufgebracht, um einen Film zu bilden. Der Stromabnehmer mit den aufgebrachten Schlämmen wurde getrocknet, um Wasser zu entfernen, und gepresst, um eine bipolare Elektrode herzustellen, bei der eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf dem Stromabnehmer gebildet wurden.
Eine Positivelektrodenanschlusselektrode, bei der eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf der zweiten Oberfläche gebildet wurde, wurde in der gleichen Weise wie für die obige bipolare Elektrode hergestellt, außer dass die Negativelektrodenaufschlämmung nicht auf der ersten Oberfläche des Stromabnehmers aufgebracht wurde. Eine Negativelektrodenanschlusselektrode, bei der eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf der ersten Oberfläche gebildet wurde, wurde in der gleichen Weise wie für die obige bipolare Elektrode hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Positivelektrodenstromabnehmer nicht auf der zweiten Oberfläche des Stromabnehmers aufgebracht wurde.
Herstellung von Batterie für die Bewertung
Es wurde eine Batterie zur Bewertung hergestellt, deren Konfiguration in der schematischen Darstellung von 8 dargestellt ist.
Als Elektrolytlösung wurde eine wässrige Lösung mit einer Kaliumhydroxidkonzentration von 5,4 Mol-%/L, einer Natriumhydroxidkonzentration von 0,8 Mol-%/L, einer Lithiumhydroxidkonzentration von 0,5 Mol-%/L und einer Lithiumchloridkonzentration von 0,05 Mol-%/L angefertigt.
Als Separator SP wurde ein Vliesstoff mit einer Dicke von 104 µm aus einer Polyolefinfaser angefertigt, die einer Sulfonierungsbehandlung unterzogen wurde. Die bipolare Elektrode 100 wurde zwischen der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 eingefügt, um eine Elektrodenplattengruppe zu bilden. Der Separator SP wurde zwischen die Elektroden eingefügt.
Zwischen der bipolaren Elektrode 100 und der Positivelektrodenanschlusselektrode 19 sowie zwischen der bipolaren Elektrode 100 und der Negativelektrodenanschlusselektrode 18 wurde ein Gehäuse (Dichtungsabschnitt) 12 aus einem Harz angeordnet, und diese Materialien wurden durch Thermokompression miteinander verbunden. Die Elektrolytlösung wurde zwischen die bipolare Elektrode 100 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 und zwischen die bipolare Elektrode 100 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 injiziert, und dann wurden diese Materialien luftdicht abgedichtet, um die Batterie für die Bewertung von Beispiel 1 herzustellen. In diesem Beispiel bildeten die bipolare Elektrode 100 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 19 eine Zelle (Batterieeinheit), und die bipolare Elektrode 100 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 18 bildeten eine Zelle (Batterieeinheit). Die Batterie zur Bewertung hatte insgesamt zwei Zellen.
Beispiel 2
Beim Schritt des Herstellens des Stromabnehmers betrug die Zieldicke im ersten Ni-Plattierungsschritt 0,5 µm. Die Wärmebehandlung wurde im anschließenden Diffusionsschritt durchgeführt. Diese Wärmebehandlung führte zu einem oberflächenbehandelten Stahlsheet, bei dem die Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets bildet wurden. Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht auf einer Oberfläche des erhaltenen oberflächenbehandelten Stahlsheets betrug 1,5 µm. Ein Stromabnehmer, eine bipolare Elektrode und eine Batterie für die Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der oben genannten Punkte.
Beispiel 3
Beim Schritt des Herstellens des Stromabnehmers betrug die Zieldicke im ersten Ni-Plattierungsschritt 1,5 µm. Die Wärmebehandlung wurde im anschließenden Diffusionsschritt durchgeführt. Diese Wärmebehandlung führte zu einem oberflächenbehandelten Stahlsheet, bei dem die Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets bildet wurden. Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht auf einer Oberfläche des erhaltenen oberflächenbehandelten Stahlsheets betrug 2,5 µm. Ein Stromabnehmer, eine bipolare Elektrode und eine Batterie für die Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der oben genannten Punkte.
Beispiel 4
Beim Schritt des Herstellens des Stromabnehmers betrug die Zieldicke im ersten Ni-Plattierungsschritt 3,0 µm. Die Wärmebehandlung erfolgte bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 640°C und einer Einwirkungszeit von 2 Stunden im anschließenden Diffusionsschritt. Diese Wärmebehandlung führte zu einem oberflächenbehandelten Stahlsheet, bei dem die Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets bildet wurden. Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht auf einer Oberfläche des erhaltenen oberflächenbehandelten Stahlsheets betrug 3,87 µm. Ein Stromabnehmer, eine bipolare Elektrode und eine Batterie für die Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der oben genannten Punkte.
Beispiel 5
Zunächst wurde kohlenstoffarmer aluminiumberuhigter Stahl mit einer Dicke von 200 µm als Stahlsheet angefertigt und unter Verwendung eines Wattbades mit Ni mit einer Zieldicke von 2,0 µm plattiert (der erste Ni-Plattierungsschritt). Anschließend wurde eine Erweichungswärmebehandlung zum Walzen durchgeführt, und das Stahlsheet dann auf 50 µm gewalzt. Danach wurde eine Wärmebehandlung (Diffusionsschritt) bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 480°C und einer Einwirkungszeit von 4 Stunden unter einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Durch diese Wärmebehandlung entstand ein oberflächenbehandeltes Stahlsheet, das die Ni-Fe-Legierungsschichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen aufweist. Die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht auf einer Oberfläche des erhaltenen oberflächenbehandelten Stahlsheets betrug 0,55 µm. Ein Stromabnehmer, eine bipolare Elektrode und eine Batterie zur Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme der oben genannten Punkte.
Vergleichsbeispiel 1
Das in Beispiel 1 verwendete Stahlsheet wurde dem zweiten Ni-Plattierungsschritt und dem dritten Ni-Plattierungsschritt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterzogen, um einen Stromabnehmer herzustellen, in dem die Basis-Ni-Schicht und die aufgeraute Ni-Schicht vorhanden waren. Die Dicke der Basis-Ni-Schicht betrug 1 µm. Der erste Ni-Plattierungsschritt und die Wärmebehandlung zur Herstellung der Ni-Fe-Legierungsschicht wurden nicht durchgeführt. Eine bipolare Elektrode und eine Batterie zur Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Stromabnehmer durch den oben genannten Stromabnehmer ersetzt wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Das in Beispiel 1 verwendete Stahlsheet wurde dem zweiten Ni-Plattierungsschritt und dem dritten Ni-Plattierungsschritt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterzogen, um einen Stromabnehmer herzustellen, in dem die Basis-Ni-Schicht und die aufgeraute Ni-Schicht vorhanden waren. Die Dicke der Basis-Ni-Schicht betrug 5 µm. Der erste Ni-Plattierungsschritt und die Wärmebehandlung zur Herstellung der Ni-Fe-Legierungsschicht wurden nicht durchgeführt. Eine bipolare Elektrode und eine Batterie zur Bewertung wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Stromabnehmer durch den oben genannten Stromabnehmer ersetzt wurde.
Test der Veränderung des Leckstroms bei Anwesenheit/Abwesenheit und Veränderung der Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht
Durch die Verwendung der wie oben hergestellten Batterie für die Bewertung wurde eine Veränderung des Leckstroms bei Anwesenheit/Abwesenheit und einer Veränderung der Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht im Stromabnehmer getestet und bewertet.
Konkret wurde jede der Batterien für die Bewertung der oben genannten Beispiele 1 bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wiederholt geladen und entladen, um eine Aktivierungsbehandlung durchzuführen.
Jede der Batterien für die Bewertung nach der Aktivierung wurde auf einen Ladezustand (SOC) von 85% eingestellt und dann bis zu einem SOC von 0% entladen, um eine Entladekapazität vor der Lagerung zu messen. Jede der Batterien für die Bewertung nach der Aktivierung wurde erneut auf einen Ladezustand (SOC) von 85% eingestellt und 350 Stunden lang in einem Thermostatbad bei 65°C gelagert. Jede der Batterien für die Bewertung nach der Lagerung wurde bis zum SOC 0% entladen, um die Entladekapazität nach der Lagerung zu messen. Der Leckstrom wurde nach der folgenden Formel berechnet. $\begin{array}{l} (Entladungkapazit \ddot{a} t vor der Lagerung - Entladungskapazit \ddot{a} t nach \\ der Lagerung) / Lagerungszeit = Leckstrom \end{array}$
Tabelle 1 zeigt die einzelnen Werte für den Leckstrom pro Flächeneinheit.
Der Vergleich der Vergleichsbeispiele mit Beispiel 5 zeigte eine Verringerung des Leckstroms dank der Ni-Fe-Legierungsschicht. Die Beispiele 1 bis 5 zeigten, dass eine Erhöhung der Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht den Leckstrom wirksam reduziert. Unterdessen wurde die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht von 1,2 µm auf 1,5 µm geändert, aber der Leckstromwert änderte sich in den Beispielen 1 und 2 nicht. Daher wird davon ausgegangen, dass die Dicke der Ni-Fe-Legierungsschicht von 1,0 µm ein ausreichender Wert für die Reduzierung des Leckstroms ist.

Jede der Batterien für die Bewertung der Beispiele 2 bis 4 nach der Aktivierung und des Vergleichsbeispiels 1 wurde wiederholt einem Lade-EntladeZyklus unterzogen, bei dem sie unter einer Bedingung von 60°C bei 1 C vom SOC 20% bis zum SOC 80% geladen und dann bei 1 C vom SOC 80% bis zum SOC 20% 1500 Mal entladen wurde. Danach wurde die Batterie bis zu einem SOC von 80% geladen und dann jede Zelle unabhängig voneinander bei 1 C von einem SOC von 80% bis zu einem SOC von 0% entladen, um die Entladekapazität jeder Zelle nach den Zyklen zu messen. Der Leckstrom wurde nach der folgenden Formel berechnet. Die Testzeit war eine Zeit, die für das 1500-malige Laden und Entladen benötigt wurde. Die Zelle, die aus der bipolaren Elektrode und der Positivelektrodenanschlusselektrode zusammengesetzt ist, wird als Zelle auf der Wasserstofferzeugungsseite angegeben, und die Zelle, die aus der bipolaren Elektrode und der Negativelektrodenanschlusselektrode zusammengesetzt ist, wird als Zelle auf der Wasserstoffpenetrationsseite angegeben.

\begin{array}{l} (Entladekapaz it \ddot{a} t der Zelle auf der Wasserstofferzeugungsseite - \\ Entladekapazit \ddot{a} t der Zelle auf der Wasserstoffpenetrationsseite) / Pr \ddot{u} fzeit = \\ Leckstrom \end{array}

[Tabelle 1]

	Schichtdicke der Ni-Fe-Legierung (µm)	Leckstrom nach Lagerung bei SOC 85%, 65°C für 350 Stunden (µA/m²)	Leckstrom bei 1500 Zyklen bei 60°C (µA/m²)
Beispiel 1	1,2	25,2	ungemessen
Beispiel 2	1,5	25,2	4,2
Beispiel 3	2,5	16,8	21
Beispiel 4	3,87	0	16,8
Beispiel 5	0,55	575,6	142,9
Vergleichsbeispiel 1	0	19200	239,5
Vergleichsbeispiel 2	0	14280	ungemessen

Die Batterie zur Bewertung aus dem obigen Beispiel 2 wurde bei einer niedrigen Temperatur von -40°C wie folgt bewertet. Nach der Aktivierung wurde die zu bewertende Batterie auf einen Ladezustand (SOC) von 85% eingestellt und dann bis zu einem SOC von 0% entladen, um eine Entladekapazität vor der Lagerung zu messen. Die Batterien für die Bewertung nach der Aktivierung wurden erneut auf einen SOC von 85% eingestellt und dann in einem Thermostatbad bei -40°C für 350 Stunden gelagert. Die Batterien für die Bewertung nach der Lagerung wurden entladen, bis der SOC-Wert 0% betrug, um die Entladekapazität nach der Lagerung zu messen. Der Leckstrom wurde nach der folgenden Formel berechnet. $\begin{array}{l} (Entladungskapazit \ddot{a} t vor der Lagerung - Entladungskapazit \ddot{a} t nach \\ der Lagerung) / Lagerungszeit = Leckstrom \end{array}$
Der Wert des Leckstroms pro Flächeneinheit betrug 0,0 µm/m² Leckstromprüfung mit Stromspeichermodul
Beispiel 6
Ein Stromabnehmer und eine bipolare Elektrode wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt. Danach wurde ein Energiespeichermodul, wie in 6 dargestellt, unter Verwendung eines Separators, eines Aktivmaterials und dergleichen, die dieselben waren wie in der oben erwähnten Batterie zur Bewertung, hergestellt. Dieses Energiespeichermodul hatte zusätzlich zu der bipolaren Elektrode Anschlusselektroden der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, beinhaltend eine Stapelungszahl von 23.
Das so gewonnene Energiespeichermodul wurde wiederholt geladen und entladen, um eine Aktivierungsbehandlung durchzuführen.
Das Energiespeichermodul wurde nach der Aktivierung auf einen Ladezustand (SOC) von 85% eingestellt und dann entladen, bis der SOC 0% betrug, um eine Entladekapazität vor der Lagerung zu messen. Das Stromspeichermodul wurde nach der Aktivierung erneut auf einen SOC von 85% eingestellt und 170 Stunden lang in einem Thermostatbad bei 65°C gelagert. Das Energiespeichermodul wurde nach der Lagerung bis zu einem SOC von 0% entladen, um die Entladekapazität nach der Lagerung zu messen. Der Leckstrom wurde nach der folgenden Formel berechnet. $\begin{array}{l} (Entladungskapazit \ddot{a} t vor der Lagerung - Entladungskapazit \ddot{a} t nach \\ der Lagerung) / Lagerungszeit = Leckstrom \end{array}$
Tabelle 2 zeigt den Leckstrom pro Flächeneinheit.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Stromspeichermodul wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass im Stromabnehmer-Bildungsschritt die Ni-Plattierung (der erste Ni-Plattierungsschritt) und die Wärmebehandlung (Diffusionsschritt) zur Bereitstellung der Ni-Fe-Legierungsschicht nicht durchgeführt wurden. Der Leckstrom des erhaltenen Stromspeichermoduls wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 berechnet. Tabelle 2 zeigt den erhaltenen Leckstrom pro Flächeneinheit. [0140] [Tabelle 2]

Schichtdicke der Ni-Fe-Legierung (µm) Leckstrom nach Lagerung bei SOC 85%, 65°C für 170 Stunden (µA/m²

Beispiel 6 1,5 8,5

Vergleichsbeispiel 3 0 20312,8
Die Betriebsvorteile, die die bipolare Elektrode nach der vorliegenden Ausführungsform und das oben beschriebene Energiespeichermodul aufweisen, werden im Folgenden beschrieben. Die bipolare Elektrode und das Stromspeichermodul in der vorliegenden Ausführungsform reduzieren den Spannungsabfall des Stromspeichermoduls durch die Verringerung der Wasserstoffpermeation das Stromabnehmers in der bipolaren Elektrode. Daher verbessert die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die langfristige Zuverlässigkeit des Stromspeichermoduls und der Metallhydrid-Batterie.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005135764 [0004]
JP 2020140773 [0081]

Claims

Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie, wobei die bipolare Elektrode aufweist: einen Stromabnehmer, der eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche beinhaltet; eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die auf der ersten Oberfläche bereitgestellt ist; und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht, die auf der zweiten Oberfläche bereitgestellt ist, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Metallhydrid enthält, und der Stromabnehmer ein Stahlsheet und eine Ni-Fe-Legierungsschicht beinhaltet, die auf mindestens einer Oberfläche von gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets gebildet ist.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 1, wobei die Ni-Fe-Legierungsschicht eine Dicke von 1,0 µm oder mehr aufweist.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ni-Fe-Legierungsschicht auf derselben Seite wie die erste Oberfläche des Stromabnehmers angeordnet ist.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ni-Fe-Legierungsschicht jeweils auf derselben Seite wie die erste Oberfläche des Stromabnehmers und derselben Seite wie die zweite Oberfläche des Stromabnehmers angeordnet ist.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stromabnehmer ferner eine Ni-Schicht zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht, die auf derselben Seite wie die erste Oberfläche des Stromabnehmers angeordnet ist, und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stromabnehmer ferner eine Ni-Schicht zwischen der Ni-Fe-Legierungsschicht, die auf derselben Seite wie die zweite Oberfläche des Stromabnehmers angeordnet ist, und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Oberfläche der Ni-Schicht, die mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht oder mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in Kontakt ist, eine größere Oberflächenrauheit aufweist als die Ni-Fe-Legierungsschicht oder das Stahlsheet.
Bipolare Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 7, wobei die Oberflächenrauheit der Ni-Schicht, ausgedrückt in einer Zehn-Punkt-Höhe der Unregelmäßigkeiten Rzjis, in einem Bereich von 2,0 µm bis 16,0 µm liegt.
Metallhydrid-Batterie, die mehrere gestapelte bipolare Elektroden aufweist, wobei jede der bipolaren Elektroden die bipolare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 9, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht Nickelhydroxid enthält.
Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Bildens eines Stromabnehmers, der ein Stahlsheet und eine Ni-Fe-Legierungsschicht beinhaltet, beinhaltend Bereitstellen einer Ni-Schicht auf mindestens einer der gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlsheets, und Wärmebehandeln des Stahlsheets, auf dem die Ni-Schicht bereitgestellt ist, um das Ni in der Ni-Schicht und das Fe im Stahlsheet zu diffundieren, wodurch die Ni-Fe-Legierungsschicht gebildet wird; einen Schritt des Bildens einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf einer ersten Oberfläche des gebildeten Stromabnehmers; und einen Schritt des Bereitstellens einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf einer zweiten Oberfläche des Stromabnehmers.
Verfahren zum Herstellen einer bipolaren Elektrode für eine Metallhydrid-Batterie nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Bildens des Stromabnehmers ferner das Bilden einer aufgerauten Ni-Schicht auf der Ni-Fe-Legierungsschicht beinhaltet, wobei die aufgeraute Ni-Schicht eine größere Oberflächenrauheit als die Ni-Fe-Legierungsschicht oder eine größere Oberflächenrauheit als das Stahlsheet aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Metallhydrid-Batterie, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Herstellens einer bipolaren Elektrode durch das Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12; und einen Schritt des Herstellens einer Metallhydrid-Batterie unter Verwendung der bipolaren Elektrode.